JP4254896B2 - Vibration cutting unit and processing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、光学素子用の成形金型その他を形成するための材料の切削加工に好適に用いられる振動切削ユニット及び加工装置に関するものである。The present invention relates to a vibration cutting unit and a processing apparatus that are suitably used for cutting a material for forming a molding die for an optical element and the like.
ダイヤモンド等の切削工具先端を振動させることで、難切削材料である超硬やガラス等の材料を切削加工する技術があり、振動切削と呼ばれている。これは、振動によって切削工具刃先が高速で微小切り込みを行い、かつ、この時に生成する切り屑を振動によって刃先が掬い出す効果によって、切削工具に対しても被削材料に対しても応力の少ない切削加工を実現するものである(例えば特許文献1、2、3、4等参照)。この振動切削加工により、通常の延性モード切削で必要とされる臨界切り込み量が数倍に向上し、難切削材料を高効率で切削加工することができる。 There is a technique for cutting a hard material such as carbide or glass by vibrating the tip of a cutting tool such as diamond, which is called vibration cutting. This is because the cutting tool blade edge makes a fine cut at a high speed by vibration, and the cutting edge generates a chip by the vibration, so there is less stress on both the cutting tool and the work material. Cutting is realized (see, for example, Patent Documents 1, 2, 3, 4, etc.). By this vibration cutting, the critical cutting amount required in normal ductile mode cutting is improved several times, and difficult-to-cut materials can be cut with high efficiency.
かかる振動切削加工において、加工効率を向上するには振動周波数を高めれば上述した効果が増加し、さらに周波数にほぼ比例して工具の送り速度も高められるので、通常は20kHz以上の高速な振動が使われる。また、この周波数では人間の可聴域を超えているので、振動子やそれにより励振される振動体が不快な音を生じないという利点もある。 In such vibration cutting, if the vibration frequency is increased in order to improve the processing efficiency, the above-described effect is increased, and the feed rate of the tool is also increased almost in proportion to the frequency. used. In addition, since this frequency exceeds the human audible range, there is an advantage that the vibrator and the vibrator excited by the vibrator do not produce unpleasant sound.
このような高速振動を切削工具刃先に発生させる方法として、ピエゾ素子や超磁歪素子等によって工具を保持する保持部材を励振し、この部材を撓み振動や軸方向振動等で共振させることにより、定在波として安定振動させることが実用化されている。このような方法において、切削工具を支持する振動体は、振動の節部分において振動体の外周に設けられたフランジ形状の支持体により固定されている、あるいは振動の節部分においてネジ状の支持体によって周囲から挟むように締め付けられて固定されている。 As a method of generating such high-speed vibration at the cutting tool blade edge, a holding member for holding the tool is excited by a piezo element or a giant magnetostrictive element, and this member is resonated by bending vibration, axial vibration, or the like. Stable vibration as a standing wave has been put into practical use. In such a method, the vibration body that supports the cutting tool is fixed by a flange-shaped support body provided on the outer periphery of the vibration body at the vibration node portion, or a screw-shaped support body at the vibration node portion. It is clamped and fixed so that it may be pinched | interposed from the circumference | surroundings by.
しかしながら、振動体の外周に設けられたフランジ形状の支持体により固定した場合、特に撓み振動に対し拘束が強すぎ、所定の振動切削加工の性能が出せない、振動エネルギーのロスが大きい、あるいは発熱量が大きくなる等の問題が発生し、特に撓み振動には採用が難しい。そのため、拘束力を弱めるため、ネジ状の支持体によって挟むように振動体を固定した構造が望まれる。 However, when it is fixed by a flange-shaped support provided on the outer periphery of the vibrating body, the restraint is particularly strong against bending vibration, the predetermined vibration cutting performance cannot be obtained, the loss of vibration energy is large, or heat is generated. Problems such as an increase in the amount occur, and it is difficult to employ it particularly for flexural vibration. Therefore, in order to weaken the restraining force, a structure in which the vibrating body is fixed so as to be sandwiched between screw-like supports is desired.
しかし、ネジ状の支持体によって挟むように振動体を固定した場合、振動子の保持に際しての剛性が低くなり、光学面等の高精度加工を行う場合、ビビリと呼ばれる制御できない振動により加工面に凹凸模様が発生する。 However, when the vibrating body is fixed so as to be sandwiched by the screw-shaped support, the rigidity when holding the vibrator becomes low, and when performing high-precision processing such as an optical surface, the vibration is called an uncontrollable vibration called the chatter on the processing surface. An uneven pattern is generated.
また、振動体を支持するネジ状の支持体が緩んだり、加工中に振動子に大きな付加がかかったりした場合、振動体の支持位置が変化し、振動体の振動状態が悪化することがあった。
そこで、本発明は、振動変位に対し適度な拘束力を持ち、かつビビリの発生を抑えることができ、振動体の支持位置の変化を抑えることができる切削用振動体並びにこれを組み込んだ振動切削ユニット及び加工装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a cutting vibration body that has an appropriate restraining force against vibration displacement, can suppress the occurrence of chatter, and can suppress a change in the support position of the vibration body, and a vibration cutting incorporating the vibration body. An object is to provide a unit and a processing apparatus.
上記課題を解決するため、本発明に係る振動切削ユニットは、振動切削用の切削工具を保持可能であるとともに、当該切削工具を保持した場合に当該切削工具に振動を伝達する振動体本体と、前記振動体本体が振動する際の少なくとも撓み振動に関する振動の節に対応する前記振動体本体の節部分を支持するため、前記節部分から前記振動体本体の撓み振動面の法線方向に延在する、当該節部分に対してつなぎ目なく固定された保持部材と、前記保持部材の先端側に形成されたフランジ部と、を備える切削用振動体と、前記切削用振動体を収容するとともに、前記保持部材の先端側を固定する支持部を有するケース部材と、を備える振動切削ユニットであって、前記フランジ部は前記支持部に内面側から当接し、当該フランジ部を前記支持部に固定するための締結部材を有する。ここで、「一体的に固定される」とは、実質的につなぎ目なく固定されており、部材の面間が固着されている状態を意味し、振動体本体と保持部材とが必ずしも同一材料である必要はないものとする。なお、振動体本体と保持部材とが別材料である場合、振動体本体と保持部材との境界で組成が変化する状態に因らず上記の一体的固定に含まれる。また、「節部分」とは、撓み振動の波長において、振動の節を含む規定の範囲のことで、その範囲は撓み振動面上で節を中心とした半径が波長の1/10の円形の範囲である。 In order to solve the above problems, the vibration cutting unit according to the present invention is capable of holding a cutting tool for vibration cutting, and when holding the cutting tool, a vibrating body main body that transmits vibration to the cutting tool; In order to support a node portion of the vibrating body corresponding to at least a vibration node related to bending vibration when the vibrating body main body vibrates, the normal direction of the bending vibration surface of the vibrating body main body extends from the node portion. A cutting vibration body including a holding member that is seamlessly fixed to the node portion, a flange portion formed on a distal end side of the holding member, and the cutting vibration body, And a case member having a support portion for fixing the distal end side of the holding member, wherein the flange portion contacts the support portion from the inner surface side, and the flange portion is connected to the support portion. Having a fastening member for fixing. Here, “fixed integrally” means a state where the members are fixed substantially seamlessly and the surfaces of the members are fixed, and the vibrating body main body and the holding member are not necessarily made of the same material. It does not have to be. In addition, when a vibrating body main body and a holding member are different materials, it is contained in said integral fixation irrespective of the state from which a composition changes at the boundary of a vibrating body main body and a holding member. In addition, the “node portion” is a specified range including a vibration node at the bending vibration wavelength. The range is a circular shape having a radius of 1/10 of the wavelength centered on the node on the bending vibration surface. It is a range.
なお「節」は、たとえば、振動体表面に接触子を当てて振動状態を検出する形式の検出器を用い、振動体が振動している状態で振動振幅を検出し、検出した振幅が最も小さくなる点を「節」とする。 The “node” uses, for example, a detector that detects the vibration state by placing a contact on the surface of the vibrating body, detects the vibration amplitude while the vibrating body vibrates, and the detected amplitude is the smallest. This point is a “section”.
また、「節部分を支持する」とは、撓み振動面上において節部分と同一範囲または節部分内の一部範囲を支持することである。節部分より離れた箇所を支持すると、振幅を有する箇所を強制的に固定してしまい、発熱が大きくなり、振動効率が悪くなる。 Further, “supporting the node portion” means supporting the same range as the node portion or a partial range in the node portion on the flexural vibration surface. Supporting a location far from the node portion forcibly fixes the location having the amplitude, increasing heat generation and reducing the vibration efficiency.
なお、撓み振動に軸方向振動が合成されて使用されている場合は、軸方向振動の節を上記保持部材の位置と一致させることが望ましい。 In addition, when axial vibration is combined with bending vibration and used, it is desirable to match the axial vibration node with the position of the holding member.
本発明に係る加工装置は、(a)上述の振動切削ユニットと、(b)振動切削ユニットを駆動することによって変位させる駆動装置とを備える。 The processing apparatus according to the present invention includes (a) the above-described vibration cutting unit, and (b) a drive device that is displaced by driving the vibration cutting unit.
次に、本発明の上記課題を解決する好ましい実施形態をさらに詳しく説明する。 Next, preferred embodiments for solving the above-described problems of the present invention will be described in more detail.
上記切削用振動体では、振動体本体の節部分を支持する保持部材が節部分に対して根元側で一体的に固定されているので、振動体本体の支持が安定し、振動体本体の振動も安定する。つまり、振動体本体が制御できないモードで振動することを抑制でき、高度に制御された振動によって対象物を高精度で加工することができる。また、振動体本体に比較的大きな力が加わっても、振動体本体について支持位置の変化が生じ難いので、振動体本体の振動状態を維持し易く加工の一貫性や再現性を高めることができる。 In the cutting vibration body, since the holding member that supports the node portion of the vibration body main body is integrally fixed to the root portion on the root side, the support of the vibration body body is stable, and the vibration of the vibration body body is stable. Is also stable. That is, it is possible to suppress the vibration body main body from vibrating in a mode that cannot be controlled, and the object can be processed with high accuracy by highly controlled vibration. In addition, even if a relatively large force is applied to the vibrating body, the support position of the vibrating body is unlikely to change, so that the vibration state of the vibrating body can be easily maintained, and processing consistency and reproducibility can be improved. .
本発明の切削用振動体においては、保持部材が先端側に固定用の締結手段を有することを特徴の一つとする。この場合、保持部材の先端を締結手段によってケース部材、駆動装置等に対して確実に固定することができる。
In the vibration body for cutting according to the present invention, one of the features is that the holding member has fastening means for fixing on the tip side. In this case, the front end of the holding member can be reliably fixed to the case member, the driving device, and the like by the fastening means.
本発明のさらに別の態様では、振動体本体と保持部材とは、線膨張係数の絶対値が2×10−6以下の材料(以下、単に「低線膨張材料」ともいう。)で形成される。この場合、振動体本体や保持部材の膨張を大きく低減することができるので、切削工具先端の変位を低減して切削加工の精度を向上させることができる。すなわち、振動体本体を低線膨張材料で形成した場合、振動体本体の膨張を大きく低減することができるので、振動体本体の例えば先端に固定される切削工具先端が切削加工中に大きく変位することを防止でき、切削加工の精度向上を達成できる。In yet another aspect of the present invention, the vibrator main body and the holding member are formed of a material having an absolute value of linear expansion coefficient of 2 × 10 −6 or less (hereinafter also simply referred to as “low linear expansion material”). The In this case, since the expansion of the vibrating body main body and the holding member can be greatly reduced, the displacement of the tip of the cutting tool can be reduced and the accuracy of the cutting process can be improved. That is, when the vibration body is formed of a low linear expansion material, the expansion of the vibration body can be greatly reduced, so that, for example, the tip of the cutting tool fixed to the tip of the vibration body is greatly displaced during the cutting process. This can be prevented and the accuracy of cutting can be improved.
上記振動切削ユニットでは、上述の切削用振動体の振動体本体を、その保持部材及び支持部を介して保持してケース部材に収納しており、ケース部材で保護しつつ振動体本体の振動状態を高精度に制御して対象物を高精度に加工することができる。また、振動体本体に比較的大きな力が加わっても、ケース部材に対する振動体本体の位置の変化が生じ難いので、振動体本体の振動状態を維持し易く加工の一貫性や再現性を高めることができる。 In the vibration cutting unit, the vibration body of the cutting vibration body described above is held in the case member while being held via the holding member and the support portion, and the vibration state of the vibration body is protected by the case member. The object can be processed with high accuracy by controlling with high accuracy. In addition, even if a relatively large force is applied to the vibrating body, it is difficult for the position of the vibrating body to change relative to the case member, so it is easy to maintain the vibrating state of the vibrating body and improve processing consistency and reproducibility. Can do.
本発明の具体的な態様では、上記振動切削ユニットにおいて、ケース部材の支持部に内面側から当接するフランジ部と、当該フランジ部を支持部に着脱可能に固定するための締結部材とをさらに備える。この場合、フランジ部をケース部の内面に当接させた状態で、保持部材の先端側をケース部材に安定して固定することができる。 In a specific aspect of the present invention, the vibration cutting unit further includes a flange portion that contacts the support portion of the case member from the inner surface side, and a fastening member for removably fixing the flange portion to the support portion. . In this case, the front end side of the holding member can be stably fixed to the case member with the flange portion being in contact with the inner surface of the case portion.
本発明の別の態様では、締結部材が、複数のネジを含んでおり、当該複数のネジが、支持部とフランジ部とを複数箇所で固定する。この場合、切削用振動体をケース部材に対して簡易な機構で着脱自在とすることができる。さらに、複数のネジが保持部材の回転を阻止するので、振動体本体の振動状態がより安定する。 In another aspect of the present invention, the fastening member includes a plurality of screws, and the plurality of screws fixes the support portion and the flange portion at a plurality of locations. In this case, the cutting vibrator can be attached to and detached from the case member with a simple mechanism. Furthermore, since the plurality of screws prevent the holding member from rotating, the vibration state of the vibration body is more stable.
本発明のさらに別の態様では、締結部材が、フランジ部から外側に立設された少なくとも1つのネジ部材である。この場合、切削用振動体の固定や着脱が簡易で確実なものとなる。 In yet another aspect of the present invention, the fastening member is at least one screw member erected outward from the flange portion. In this case, the cutting vibrator can be fixed and detached easily and reliably.
本発明のさらに別の態様では、切削用振動体が、振動体本体から延びる保持部材を複数有し、ケース部材が、当該複数の保持部材の先端側をそれぞれ固定する複数の支持部を有する。この場合、振動体本体を複数方向から支持部を介してケース部材中に支持することができ、振動体本体の支持を安定させることができる。 In still another aspect of the present invention, the cutting vibration body includes a plurality of holding members extending from the vibration body main body, and the case member includes a plurality of support portions that respectively fix the distal ends of the plurality of holding members. In this case, the vibration body main body can be supported in the case member from a plurality of directions via the support portion, and the support of the vibration body main body can be stabilized.
本発明のさらに別の態様では、ケース部材が、複数の支持部を含む本体部分において一体的に形成されている。この場合、複数の支持部の相対位置が機械的に変動しなくなるので、ケース部材に対する振動体本体の固定が安定し、加工精度を高めることができる。 In still another aspect of the present invention, the case member is integrally formed in the main body portion including a plurality of support portions. In this case, since the relative positions of the plurality of support portions do not change mechanically, the vibration body main body is stably fixed to the case member, and the processing accuracy can be increased.
本発明のさらに別の態様では、ケース部材と、振動体本体と、保持部材とが、同一の材料で形成されている。この場合、ケース部材、振動体本体、及び保持部材の線膨張係数が一致し、ケース部材と切削用振動体との間に意図しない応力が働くことを防止でき、振動切削ユニットの信頼性を高めることができる。 In still another aspect of the present invention, the case member, the vibration body main body, and the holding member are formed of the same material. In this case, the linear expansion coefficients of the case member, the vibration body main body, and the holding member are matched to prevent unintentional stress from acting between the case member and the cutting vibration body, thereby improving the reliability of the vibration cutting unit. be able to.
本発明のさらに別の態様では、振動体本体に保持される切削工具と、当該切削工具を振動体本体に着脱可能に固定する固定手段とをさらに備える。この場合、高精度で振動する振動体本体に切削工具を交換可能にしっかりと固定することができる。 In still another aspect of the invention, the cutting tool further includes a cutting tool held by the vibrating body, and a fixing unit that detachably fixes the cutting tool to the vibrating body. In this case, the cutting tool can be securely fixed to the vibrating body that vibrates with high accuracy in a replaceable manner.
本発明のさらに別の態様では、振動体本体に振動を与えることによって、当該振動体本体を介して切削工具を振動させる振動源をさらに備える。この場合、振動切削ユニットに電力等を供給することで必要な振動を生じさせることができる。 In still another aspect of the present invention, a vibration source is further provided that vibrates the cutting tool through the vibrating body main body by applying vibration to the vibrating body main body. In this case, necessary vibration can be generated by supplying electric power or the like to the vibration cutting unit.
上記加工装置では、以上で説明した振動切削ユニットを駆動装置によって変位させるので、振動体本体の振動状態を高精度で制御できる振動切削ユニットによって高精度の加工を実現できる。 In the above processing apparatus, since the vibration cutting unit described above is displaced by the driving device, high-precision machining can be realized by the vibration cutting unit that can control the vibration state of the vibration body main body with high precision.
本発明に係る成形金型は、上述の振動切削ユニットを用いて加工創製された、光学素子の光学面を成形するための転写光学面を有する。この場合、凹面その他の各種転写光学面を有する金型を、効率良く高精度で加工することができる。 The molding die according to the present invention has a transfer optical surface for forming an optical surface of an optical element, which is created by using the vibration cutting unit described above. In this case, a mold having a concave surface and other various transfer optical surfaces can be processed efficiently and with high accuracy.
本発明に係る光学素子は、上述の振動切削ユニットを用いて加工創製される。この場合、凹面その他の各種光学面を有する高精度の光学素子を得ることができる。 The optical element according to the present invention is processed and created using the vibration cutting unit described above. In this case, a highly accurate optical element having a concave surface and other various optical surfaces can be obtained.
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態に係る切削用振動体及び振動切削ユニットを図面を用いて説明する。図1(a)は、レンズ等の光学素子を成形するための成形金型の光学面を加工する際に使用される振動切削ユニットの構造を説明する平面図であり、図1(b)は、振動切削ユニットの側面図であり、図1(c)は、振動切削ユニットの端面図である。また、図2は、図1の振動切削ユニットに組み込まれている振動体組立体の平面図である。[First Embodiment]
Hereinafter, a vibration body for cutting and a vibration cutting unit according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Fig.1 (a) is a top view explaining the structure of the vibration cutting unit used when processing the optical surface of the shaping die for shape | molding optical elements, such as a lens, FIG.1 (b) is FIG. FIG. 1C is a side view of the vibration cutting unit, and FIG. 1C is an end view of the vibration cutting unit. FIG. 2 is a plan view of a vibrating body assembly incorporated in the vibration cutting unit of FIG.
図1(a)〜1(c)に示すように、振動切削ユニット20は、切削工具23と、切削用振動体82と、軸方向振動子83と、撓み振動子84と、カウンタバランス85と、ケース部材86とを備える。なお、切削用振動体82のほか、軸方向振動子83、撓み振動子84、及びカウンタバランス85を含めた一組の部分は、振動体組立体120を構成するが、この振動体組立体120は、外部からの駆動を受けて所期の状態で振動する集積型の切削用振動体と見ることができる。 As shown in FIGS. 1A to 1C, the vibration cutting unit 20 includes a cutting tool 23, a cutting vibration body 82, an axial vibrator 83, a bending vibrator 84, and a counter balance 85. And a case member 86. In addition to the cutting vibrator 82, a set of parts including the axial vibrator 83, the flexural vibrator 84, and the counter balance 85 constitutes the vibrator assembly 120. Can be regarded as an integrated cutting vibrator that vibrates in an intended state under external driving.
ここで、切削工具23は、振動切削ユニット20の切削用振動体82の先端側であるツール部21の先端部21aに埋め込むように固定されている。切削工具23は、後に詳述するが、先端23aがダイヤモンドチップの切刃になっており、共振状態とされた切削用振動体82の開放端として切削用振動体82とともに振動する。つまり、切削工具23は、切削用振動体82の軸方向振動に伴ってZ方向に変位する振動を生じ、切削用振動体82の撓み振動に伴ってY軸方向に変位する振動を生じる。これらのうち撓み振動は、図示の例においてYZ面に平行な撓み振動面内に存在するものとなっている。結果的に、切削工具23の先端23aは、楕円軌道EOを描いて高速変位する。なお、図2では、分かりやすいようにXZ面にわずかに広がるように楕円軌道EOを描いているが、先端23aが描く実際の楕円軌道EOは、YZ面に平行な面内に沿って存在する。 Here, the cutting tool 23 is fixed so as to be embedded in the distal end portion 21 a of the tool portion 21 that is the distal end side of the vibration body 82 for cutting of the vibration cutting unit 20. As will be described in detail later, the cutting tool 23 has a cutting edge of a diamond tip, and vibrates together with the cutting vibration body 82 as an open end of the cutting vibration body 82 in a resonance state. That is, the cutting tool 23 generates a vibration that is displaced in the Z direction with the axial vibration of the cutting vibration body 82, and a vibration that is displaced in the Y axis direction with the bending vibration of the cutting vibration body 82. Among these, the flexural vibration exists in the flexural vibration plane parallel to the YZ plane in the illustrated example. As a result, the tip 23a of the cutting tool 23 is displaced at a high speed while drawing an elliptical orbit EO. In FIG. 2, the elliptical orbit EO is drawn so as to be slightly spread on the XZ plane for easy understanding, but the actual elliptical orbit EO drawn by the tip 23 a exists along a plane parallel to the YZ plane. .
切削用振動体82は、線膨張係数の絶対値が2×10−6以下の低線膨張材料によって一体的に形成された切削用振動体であり、具体的には、インバー材、スーパーインバー材、ステンレスインバー材等が好適に用いられる。なお、切削用振動体82の材料としては、6×10−6程度の比較的大きな線膨張係数となるが、超硬を用いることもできる。The cutting vibration body 82 is a cutting vibration body integrally formed of a low linear expansion material having an absolute value of linear expansion coefficient of 2 × 10 −6 or less. Specifically, the cutting vibration body 82 is an invar material or a super invar material. Stainless steel invar materials are preferably used. In addition, as a material of the vibration body 82 for cutting, although it becomes a comparatively big linear expansion coefficient of about 6 * 10 < -6 >, a cemented carbide can also be used.
ここで、インバー材とは、FeとNiとを含む合金であって、36原子%のNiを含む鉄合金であるが、通常線膨張係数が室温で1×10−6以下である。ヤング率は、鋼材の約半分と低いが、これを振動体82の材料に用いることで、振動体82の熱膨縮が抑制され、先端に保持される切削工具23の刃先位置の温度ドリフトを抑制できる。Here, the invar material is an alloy containing Fe and Ni, and is an iron alloy containing 36 atomic% of Ni, but usually has a linear expansion coefficient of 1 × 10 −6 or less at room temperature. The Young's modulus is as low as about half that of steel, but by using this as the material of the vibrating body 82, thermal expansion and contraction of the vibrating body 82 is suppressed, and the temperature drift of the cutting edge position of the cutting tool 23 held at the tip is reduced. Can be suppressed.
また、スーパーインバー材とは、FeとNiとCoとを少なくとも含む合金であって、5原子%以上のNiと、5原子%以上のCoとをそれぞれ含む鉄合金であり、線膨張係数が室温で通常0.4×10−6程度と、前述のインバーよりもさらに熱膨縮しにくい材料である。ヤング率は、鋼材の約半分と低いが、これを振動体82の材料に用いることで、振動体82の熱膨縮が抑制され、先端に保持される切削工具23の刃先位置の温度ドリフトを抑制できる。The super invar material is an alloy containing at least Fe, Ni, and Co, and is an iron alloy containing 5 atomic% or more of Ni and 5 atomic% or more of Co, respectively, and has a linear expansion coefficient of room temperature. In general, it is a material that is about 0.4 × 10 −6 and is more difficult to thermally expand and contract than the above-mentioned invar. The Young's modulus is as low as about half that of steel, but by using this as the material of the vibrating body 82, thermal expansion and contraction of the vibrating body 82 is suppressed, and the temperature drift of the cutting edge position of the cutting tool 23 held at the tip is reduced. Can be suppressed.
また、ステンレスインバー材とは、50原子%以上となる主成分がFeであって、5原子%以上を含む付随的材料がCoと、Crと、Niとの少なくとも1つである合金材料全てを指す。したがって、ここではコバール材もこのステンレスインバー材に含まれる。ステンレスインバー材は、通常線膨張係数が室温で1.3×10−6以下である。なお、コバール材は、線膨張係数が室温で5×10−6以下である。ステンレスインバー材のヤング率は、鋼材の約半分と低いが、これを振動体の材料に用いることで、振動体82の熱膨縮が抑制され、先端に保持される切削工具23の刃先位置の温度ドリフトを抑制できる。さらに、ステンレスインバー材は、インバー材よりも水分に対する耐性がずっと高く、加工冷却液等がかかっても錆びが発生しないという優れた特徴があるので、切削工具23を保持固定する構造材料として適している。Further, the stainless steel invar material is an alloy material in which the main component of 50 atomic% or more is Fe and the incidental material containing 5 atomic% or more is at least one of Co, Cr, and Ni. Point to. Therefore, here, Kovar material is also included in this stainless steel invar material. The stainless invar material usually has a linear expansion coefficient of 1.3 × 10 −6 or less at room temperature. The Kovar material has a linear expansion coefficient of 5 × 10 −6 or less at room temperature. The Young's modulus of the stainless steel invar material is as low as about half that of the steel material. By using this as the material of the vibrating body, thermal expansion and contraction of the vibrating body 82 is suppressed, and the cutting edge position of the cutting tool 23 held at the tip is reduced. Temperature drift can be suppressed. Furthermore, the stainless steel invar material has a much higher resistance to moisture than the invar material, and has an excellent feature that rust does not occur even when applied with a processing coolant or the like, so it is suitable as a structural material for holding and fixing the cutting tool 23. Yes.
切削用振動体82は、切削工具23に振動を伝達する振動体本体82aと、振動体本体82aを支持する保持部材82b,82cと、保持部材82b,82cの先端側に形成されたフランジ部82eとを備える。振動体本体82aは、Z軸方向をそれ自身の軸方向とする部材である。この振動体本体82aは、図示の場合、節部分NP1の近傍で直径が変化する2段の円柱外形を有するが、所期の振動状態を確保し得るものであることを前提として、例えば四角形その他の多角形や楕円等の断面を有するものに置き換えることができる。振動体本体82aの側壁から±X方向に延びる2つの保持部材82b,82cは、振動体本体82aをその動作を妨げないように節部分NP1で支持する。即ち、2つの保持部材82b,82cは、節部分に位置し、節部分から振動体本体82aのYZ面に平行な撓み振動面に対して法線方向に延在する。これにより、本実施形態の様にYZ面に平行な撓み振動面内に存在する撓み振動に対して、動きの自由度を大きく出来、例えば前述の従来技術のように外周に設けられた拘束力の大きなフランジ構造に対して、拘束力を適度に弱めることが可能となる。これにより振動エネルギーのロスを小さくでき、所定の切削性能を得ることができる。図示の場合、両保持部材82b,82cは、それぞれ円柱状の外形を有するが、例えば四角柱その他の多角柱や楕円柱等の外形を有するものに置き換えることができる。各保持部材82b,82cの根元側は、節部分NP1に一体的に固定されており、各保持部材82b,82cの先端側は、これに直交して延在する四角形のフランジ部82eを支持する。より詳細に説明すると、両保持部材82b,82cは、振動体本体82aの節部分NP1をX方向に関して互いに対向する側面位置で支持しており、両保持部材82b,82cの先端側に設けた各フランジ部82eの端面は、ケース部材86の内面に当接してケース部材86に固定される。このように、各保持部材82b,82cの根元側が、節部分NP1に一体的に固定されていることにより、振動子の保持に際しての剛性が高くなり、従来技術のネジ状の支持体によって挟むように振動体を固定した場合のビビリの発生等の問題が防げる。また、振動体の支持位置が変化するおそれを無くすことができる。 The cutting vibration body 82 includes a vibration body main body 82a that transmits vibration to the cutting tool 23, holding members 82b and 82c that support the vibration body main body 82a, and a flange portion 82e that is formed on the front end side of the holding members 82b and 82c. With. The vibrating body main body 82a is a member having the Z-axis direction as its own axial direction. In the illustrated example, the vibrating body main body 82a has a two-stage cylindrical outer shape whose diameter changes in the vicinity of the node portion NP1. However, on the assumption that the desired vibration state can be ensured, for example, a square or the like. It can be replaced with one having a cross section such as a polygon or an ellipse. The two holding members 82b and 82c extending in the ± X direction from the side wall of the vibrating body main body 82a support the vibrating body main body 82a at the node portion NP1 so as not to hinder its operation. That is, the two holding members 82b and 82c are located at the node portion and extend in the normal direction from the node portion to the bending vibration surface parallel to the YZ surface of the vibration body main body 82a. As a result, the degree of freedom of movement can be increased with respect to the flexural vibration existing in the flexural vibration plane parallel to the YZ plane as in this embodiment. For example, the restraining force provided on the outer periphery as in the prior art described above. It is possible to moderately weaken the restraining force for a large flange structure. Thereby, the loss of vibration energy can be reduced, and a predetermined cutting performance can be obtained. In the case of the illustration, both holding members 82b and 82c each have a cylindrical outer shape, but can be replaced with a member having an outer shape such as a quadrangular column or other polygonal column or an elliptical column. The base side of each holding member 82b, 82c is integrally fixed to the node portion NP1, and the front end side of each holding member 82b, 82c supports a rectangular flange portion 82e extending perpendicularly thereto. . More specifically, both the holding members 82b and 82c support the node portion NP1 of the vibration body main body 82a at the side surface positions facing each other in the X direction, and each of the holding members 82b and 82c provided on the front end side of the both holding members 82b and 82c. The end surface of the flange portion 82 e abuts on the inner surface of the case member 86 and is fixed to the case member 86. In this way, the base side of each holding member 82b, 82c is integrally fixed to the node portion NP1, so that the rigidity when the vibrator is held is increased, so that it is sandwiched between the screw-like supports of the prior art. Problems such as chattering when a vibrating body is fixed to the can be prevented. Further, it is possible to eliminate the possibility that the support position of the vibrating body changes.
図3(a)は、保持部材82b,82c及びフランジ部82eの側面図であり、図3(b)は、フランジ部82eの端面図である。フランジ部82eは、正方形の板状となっており、4隅の4箇所に貫通する雌ネジFSが形成されている。各雌ネジFSには、図1に示すように、ケース部材86の側壁部86aに対応して設けた孔THを介して、締結部材であるボルトネジ91の先端がねじ込まれて固定される。これにより、フランジ部82eの端面が側壁部86aの内面に当接した状態で確実に固定され、ケース部材86に保持部材82b,82cが精密に位置決めして固定される。つまり、振動体本体82aが、ケース部材86内面から離間してケース部材86中に精密に位置決めされ支持された状態で固定される。ここで、フランジ部82eに設けた雌ネジFSとボルトネジ91とは、保持部材82b,82cの先端を固定するための締結手段となっている。なお、雌ネジFSやボルトネジ91に形成するネジ溝やネジ山については、締付けのゆるみ防止等を考慮して、通常のネジ方向や逆のネジ方向のいずれかを選択して採用することができる。 FIG. 3A is a side view of the holding members 82b and 82c and the flange portion 82e, and FIG. 3B is an end view of the flange portion 82e. The flange portion 82e has a square plate shape, and is formed with female threads FS penetrating at four locations at four corners. As shown in FIG. 1, the end of a bolt screw 91 that is a fastening member is screwed into each female screw FS through a hole TH provided corresponding to the side wall portion 86 a of the case member 86. Thereby, the end surface of the flange portion 82e is securely fixed in a state where the end surface is in contact with the inner surface of the side wall portion 86a, and the holding members 82b and 82c are precisely positioned and fixed to the case member 86. That is, the vibrating body main body 82a is fixed in a state where it is spaced from the inner surface of the case member 86 and precisely positioned and supported in the case member 86. Here, the female screw FS and the bolt screw 91 provided on the flange portion 82e serve as fastening means for fixing the tips of the holding members 82b and 82c. The thread groove and thread formed on the female screw FS and the bolt screw 91 can be selected from the normal screw direction or the reverse screw direction in consideration of prevention of loosening of the tightening. .
以上のような機構によってケース部材86中に支持された切削用振動体82は、後述する軸方向振動子83によって振動し、Z方向に局所的に変位する定在波が形成されている共振状態となる。また、切削用振動体82は、撓み振動子84によっても振動し、Y軸方向に局所的に変位する定在波が形成されている共振状態となる。ここで、保持部材82b,82cの根元側を固定した節部分NP1は、切削用振動体82にとって軸方向振動と撓み振動とに共通の節となっており、保持部材82b,82cによって軸方向振動や撓み振動が妨げられることを防止できる。 The cutting vibration body 82 supported in the case member 86 by the mechanism as described above is oscillated by an axial vibrator 83 to be described later, and a resonance state is formed in which a standing wave is locally displaced in the Z direction. It becomes. In addition, the cutting vibration body 82 is also vibrated by the flexural vibrator 84 and enters a resonance state in which a standing wave that is locally displaced in the Y-axis direction is formed. Here, the node portion NP1 in which the base sides of the holding members 82b and 82c are fixed serves as a common node for the axial vibration and the flexural vibration for the cutting vibration body 82, and the axial vibration is generated by the holding members 82b and 82c. It is possible to prevent the bending vibration from being hindered.
なお、保持部材82b,82c及びフランジ部82eと、振動体本体82aとは、一体的に形成されている。つまり、図3(a)に示すように、各保持部材82b,82cの根元部分PEは、振動体本体82aの固定部分FPにつなぎ目なく固定されている。このため、切削用振動体82は、塊状の材料すなわち棒材の低線膨張材料等の切削によって形成されたものである。切削用振動体82の作製に際しては、例えば、フライス盤等の切削装置による前加工と、保持部材82b,82cやフランジ部82e等の外形をマシニングセンタ等の切削装置で目的とする形状に切削する仕上加工とを組み合わせて実施する。以上のように、振動体本体82aと保持部材82b,82cとを一体的に切り出した場合、切削用振動体82を同一材料によって十分な強度で製造することができる。これにより、切削用振動体82を目的の状態で振動させることができるので、その強度を十分に高くすることができ、その保持剛性を極めて高くすることができる。この場合において、フランジ部82eと保持部材82b,82cとは、多少強度等の面で劣ることになるが、溶接によって固定することができる。なお、以上説明した切削加工に代えて、研削や放電加工といった機械加工法を用いて切削用振動体82を作製することもできる。 The holding members 82b and 82c, the flange portion 82e, and the vibration body main body 82a are integrally formed. That is, as shown in FIG. 3A, the root portions PE of the holding members 82b and 82c are fixed to the fixing portion FP of the vibrating body main body 82a without joints. For this reason, the vibration body for cutting 82 is formed by cutting a lump-shaped material, that is, a low linear expansion material such as a bar. When manufacturing the cutting vibration body 82, for example, pre-processing by a cutting device such as a milling machine and finishing processing of cutting the outer shape of the holding members 82b and 82c, the flange portion 82e, and the like into a target shape by a cutting device such as a machining center. In combination. As described above, when the vibration body main body 82a and the holding members 82b and 82c are cut out integrally, the cutting vibration body 82 can be manufactured with sufficient strength using the same material. Thereby, since the cutting vibrator 82 can be vibrated in a target state, its strength can be sufficiently increased, and its holding rigidity can be extremely increased. In this case, the flange portion 82e and the holding members 82b and 82c are somewhat inferior in terms of strength and the like, but can be fixed by welding. Note that, instead of the above-described cutting process, the cutting vibrator 82 can be manufactured by using a machining method such as grinding or electric discharge machining.
切削用振動体82は、以上のような機械加工による切り出しではなく、鋳造によって一体的に形成することもできる。この場合、鋳造後の切削用振動体82の各部82a,82b,82c,フランジ部82eの外形を精密に仕上加工する工程を設けることが望ましい。さらに、切削用振動体82は、振動体本体82a側面に形成した凹部やネジ穴に保持部材82b,82cの根元側を嵌合させた後、両保持部材82b,82cの根元側を溶接によって振動体本体82aに固定することもできる。さらに、振動体本体82a側面に凹部やネジ穴を形成することなく、振動体本体82aの側面に両保持部材82b,82cの根元側を溶接によって直接固定することもできる。 The vibration body for cutting 82 can be integrally formed by casting instead of cutting by machining as described above. In this case, it is desirable to provide a step of precisely finishing the outer shape of each portion 82a, 82b, 82c and flange portion 82e of the cutting vibration body 82 after casting. Further, the cutting vibration member 82 is configured to vibrate the base sides of the holding members 82b and 82c by welding after fitting the base sides of the holding members 82b and 82c into the recesses and screw holes formed on the side surface of the vibration body main body 82a. It can also be fixed to the body main body 82a. Furthermore, the base sides of both holding members 82b and 82c can be directly fixed to the side surface of the vibration body main body 82a by welding without forming a recess or a screw hole on the side surface of the vibration body main body 82a.
軸方向振動子83は、ピエゾ素子(PZT)や超磁歪素子等で形成され切削用振動体82の根元側端面に接続される振動源であり、図示を省略するコネクタ、ケーブル等を介して振動子駆動装置(後述)に接続されている。軸方向振動子83は、振動子駆動装置からの駆動信号に基づいて動作し高周波で伸縮振動することによって切削用振動体82にZ方向の縦波を与える。 The axial vibrator 83 is a vibration source that is formed of a piezo element (PZT), a giant magnetostrictive element, or the like and is connected to the base side end face of the cutting vibration body 82, and vibrates via a connector, a cable, or the like not shown. It is connected to a slave drive device (described later). The axial vibrator 83 operates based on a drive signal from the vibrator driving device and gives a longitudinal wave in the Z direction to the cutting vibrator 82 by stretching and vibrating at a high frequency.
撓み振動子84は、ピエゾ素子や超磁歪素子等で形成され切削用振動体82の根元側側面に接続される振動源であり、図示を省略するコネクタ、ケーブル等を介して振動子駆動装置(後述)に接続されている。撓み振動子84は、振動子駆動装置からの駆動信号に基づいて動作し、高周波で振動することによって切削用振動体82に横波すなわち図示の例ではY方向の振動を与える。 The bending vibrator 84 is a vibration source that is formed of a piezo element, a giant magnetostrictive element, or the like and is connected to the base side surface of the cutting vibration body 82. The bending vibrator 84 is a vibrator driving device (not shown) via a connector, a cable, or the like. To be described later. The bending vibrator 84 operates based on a drive signal from the vibrator driving device, and vibrates at a high frequency to give a shear wave, that is, vibration in the Y direction in the illustrated example.
カウンタバランス85は、軸方向振動子83を挟んで切削用振動体82の反対側に固定される。カウンタバランス85は、切削用振動体82と同一の材料によって一体的に形成された切削用振動体であり、具体的には、インバー材、スーパーインバー材、ステンレスインバー材等の低線膨張材料が好適に用いられる。 The counter balance 85 is fixed to the opposite side of the cutting vibrator 82 with the axial vibrator 83 interposed therebetween. The counter balance 85 is a cutting vibration body integrally formed of the same material as the cutting vibration body 82. Specifically, a low linear expansion material such as an invar material, a super invar material, or a stainless invar material is used. Preferably used.
カウンタバランス85は、軸方向振動子83の一端に同軸で固定された円柱状の振動体本体85aと、振動体本体85aの節部分NP2を支持する保持部材85b,85cと、保持部材85b,85cの先端側に形成されたフランジ部85eとを備える。振動体本体85aは、図示の場合、円柱状の外形を有するが、振動モードを考慮することを前提として、例えば四角形その他の多角形や楕円等の断面を有するものに置き換えることができる。振動体本体85aの側壁から±X方向に延びる2つの保持部材85b,85cは、図示の場合、それぞれ円柱状の外形を有するが、例えば四角柱その他の多角柱や楕円柱等の外形を有するものに置き換えることができる。各保持部材85b,85cの根元側は、節部分NP2に一体的に固定されており、各保持部材85b,85cの先端側は、これに直交して延在する四角形のフランジ部85eを支持する。つまり、両保持部材85b,85cは、振動体本体85aの節部分NP2をX方向に関して互いに対向する側面位置で支持しており、両保持部材85b,85cの先端側に設けた各フランジ部85eの端面は、ケース部材86の内面に当接した状態で、ボルトネジ91によってケース部材86に固定されている。なお、保持部材85b,85c及びフランジ部85eの形状や構造は、図3(a)及び3(b)に示すものと同様であり、ボルトネジ91による固定方法も同様であるので詳細な説明は詳細な説明を省略する。 The counter balance 85 includes a columnar vibrator body 85a that is coaxially fixed to one end of the axial vibrator 83, holding members 85b and 85c that support the node portion NP2 of the vibrator body 85a, and holding members 85b and 85c. The flange part 85e formed in the front end side of the. In the illustrated case, the vibrating body 85a has a cylindrical outer shape. However, on the assumption that the vibration mode is taken into consideration, the vibrating body main body 85a can be replaced with one having a cross section such as a rectangle or other polygons or an ellipse. The two holding members 85b and 85c extending in the ± X direction from the side wall of the vibration body 85a each have a cylindrical outer shape in the case of illustration, but have an outer shape such as a quadrangular column or other polygonal column or an elliptical column, for example. Can be replaced. The base side of each holding member 85b, 85c is integrally fixed to the node portion NP2, and the front end side of each holding member 85b, 85c supports a rectangular flange portion 85e extending perpendicularly thereto. . That is, both the holding members 85b and 85c support the node portion NP2 of the vibration body main body 85a at the side surface positions facing each other with respect to the X direction, and the flange portions 85e provided on the front end sides of the both holding members 85b and 85c. The end surface is fixed to the case member 86 by a bolt screw 91 in a state where the end surface is in contact with the inner surface of the case member 86. The shape and structure of the holding members 85b and 85c and the flange portion 85e are the same as those shown in FIGS. 3A and 3B, and the fixing method using the bolt screw 91 is also the same. The detailed explanation is omitted.
以上のような機構によってケース部材86中に切削用振動体82とともに支持されたカウンタバランス85は、軸方向振動子83によって振動し、Z方向に局所的に変位する定在波が形成されている共振状態となる。ここで、保持部材85b,85cの根元側を固定した節部分NP2は、カウンタバランス85にとって軸方向振動と撓み振動とに共通の節となっており、保持部材85b,85cによって軸方向振動や撓み振動が妨げられることを防止できる。 The counter balance 85 supported in the case member 86 together with the cutting vibrator 82 by the mechanism as described above is vibrated by the axial vibrator 83 to form a standing wave that is locally displaced in the Z direction. Resonant state. Here, the node portion NP2 in which the base sides of the holding members 85b and 85c are fixed is a common node for the axial vibration and the bending vibration for the counter balance 85, and the axial vibration and the bending are caused by the holding members 85b and 85c. It is possible to prevent the vibration from being hindered.
なお、カウンタバランス85において、保持部材85b,85c及びフランジ部85eと、振動体本体85aとは、一体的に形成されている。つまり、カウンタバランス85は、切削用振動体82と同様につなぎ目なく一体的に形成されたものである。カウンタバランス85は、例えば塊状の材料すなわち棒材の切削によって形成される。これにより、カウンタバランス85を目的の状態で振動させることができ、その強度を十分に高くすることができ、その保持剛性を極めて高くすることができる。カウンタバランス85は、鋳造によって一体的に形成することもできる。さらに、カウンタバランス85は、振動体本体85a側面に保持部材82b,82cの根元側を溶接によって固定したものとすることもできる。 In the counter balance 85, the holding members 85b and 85c, the flange portion 85e, and the vibrating body main body 85a are integrally formed. In other words, the counter balance 85 is formed integrally with no joints like the cutting vibrator 82. The counter balance 85 is formed, for example, by cutting a massive material, that is, a bar. Thereby, the counter balance 85 can be vibrated in a target state, its strength can be sufficiently increased, and its holding rigidity can be extremely increased. The counter balance 85 can be integrally formed by casting. Further, the counter balance 85 may be one in which the base sides of the holding members 82b and 82c are fixed to the side surface of the vibration body main body 85a by welding.
ケース部材86は、切削用振動体82やカウンタバランス85からなる振動体組立体120を内部に支持・固定する部分である。ケース部材86は、振動切削ユニット20を駆動するための加工装置(後述)に対して振動切削ユニット20を固定するためのものである。このため、ケース部材86の底部86bには、加工装置に固定するための孔THが適所に形成されている。また、底部86bと一体的に形成された一対の側壁部86aにも、切削用振動体82やカウンタバランス85から延びるフランジ部82e,85eを固定するための孔THが適所に形成されている。これらの孔THを形成した部分は、切削用振動体82やカウンタバランス85を支持するための支持部SPとなっている。ここで、ケース部材86のうち側壁部86aと底部86bとは、本体部分としてつなぎ目なく一体的に形成されている。このため、振動体組立体120をケース部材86中に精密に位置決めして支持することができ、支持強度高めることができるだけでなく、ケース部材86の強度を十分に高くすることができ、その保持剛性を極めて高くすることができる。側壁部86aや底部86bは、例えば切削用振動体82と同一の材料(好適には低線膨張材料)で形成することができる。側壁部86a及び底部86bを一体化した本体部分は、例えば塊状の材料すなわち棒材の切削によって形成され、鋳造によって一体的に形成することもでき、複数の板材を溶接することによっても形成することができる。 The case member 86 is a portion that supports and fixes the vibrating body assembly 120 including the cutting vibration body 82 and the counter balance 85. The case member 86 is for fixing the vibration cutting unit 20 to a processing apparatus (described later) for driving the vibration cutting unit 20. For this reason, a hole TH for fixing to the processing apparatus is formed at a proper position on the bottom 86b of the case member 86. Further, holes TH for fixing the flange portions 82e and 85e extending from the vibration body for cutting 82 and the counter balance 85 are also formed at appropriate positions in the pair of side wall portions 86a formed integrally with the bottom portion 86b. The portions where the holes TH are formed serve as support portions SP for supporting the cutting vibrator 82 and the counter balance 85. Here, the side wall portion 86a and the bottom portion 86b of the case member 86 are integrally formed as a main body portion without a joint. For this reason, the vibrating body assembly 120 can be precisely positioned and supported in the case member 86, not only can the support strength be increased, but the strength of the case member 86 can be sufficiently increased, and the holding thereof can be maintained. The rigidity can be extremely increased. The side wall portion 86a and the bottom portion 86b can be formed of, for example, the same material (preferably low linear expansion material) as the cutting vibration body 82. The main body portion in which the side wall portion 86a and the bottom portion 86b are integrated is formed, for example, by cutting a lump-shaped material, that is, a bar material, and can be formed integrally by casting, or can also be formed by welding a plurality of plate materials. Can do.
ケース部材86の一方の端面には、後部端板86fが気密に固定されており、ケース部材86の他方の端面には、前部端板86gが気密に固定されており、ケース部材86上部には、天板86hが気密に固定されている。後部端板86fには、給気パイプ96に連結される開口H1が形成されており、振動子83,84から延びるコネクタ、ケーブル等を通す開口H2も形成されている。給気パイプ96は、ガス供給装置(後述)に連結されており、所望の流量及び温度に設定された加圧乾燥空気が供給される。一方、前部端板86gには、振動切削ユニット20のツール部21を通すための開口H3が形成されている。以上の振動切削ユニット20において、切削用振動体82と、軸方向振動子83と、カウンタバランス85とは、例えばロウ付けによって接合・固定されており、軸方向振動子83の効率的な振動が可能になっている。また、切削用振動体82と、軸方向振動子83と、カウンタバランス85との軸心には、これらの接合面を横切るようにこれらを貫通する貫通孔95が形成されており、給気パイプ96からの加圧乾燥空気が流通する。つまり、貫通孔95は、加圧乾燥空気を送り出す供給路であり、不図示のガス供給装置や給気パイプ96とともに、振動切削ユニット20を内部から冷却するための冷却手段を構成する。貫通孔95の先端部は、切削工具23を差し込んで固定するための保持溝に連通しており、貫通孔95に導入された加圧乾燥空気を切削工具23の周辺に供給できるようになっている。また、貫通孔95の先端は、切削工具23を固定した場合にも隙間を残しており、切削工具23に隣接して形成された開口91aからは、加圧乾燥空気が高速で噴射され、切削工具23先端の加工点を効率良く冷却することができるだけでなく、加工点やその周囲に付着する切り屑を気流によって確実に除去することができる。なお、給気パイプ96からケース部材86に導かれた加圧乾燥空気の一部は、振動体組立体120の周囲を通過しつつ振動体組立体120を外側から冷却して、開口H3の隙間からケース部材86外部に吐出される。 A rear end plate 86 f is airtightly fixed to one end surface of the case member 86, and a front end plate 86 g is airtightly fixed to the other end surface of the case member 86. The top plate 86h is fixed in an airtight manner. An opening H1 connected to the air supply pipe 96 is formed in the rear end plate 86f, and an opening H2 through which connectors, cables, and the like extending from the vibrators 83 and 84 are also formed. The air supply pipe 96 is connected to a gas supply device (described later), and is supplied with pressurized dry air set to a desired flow rate and temperature. On the other hand, an opening H3 for allowing the tool part 21 of the vibration cutting unit 20 to pass through is formed in the front end plate 86g. In the vibration cutting unit 20 described above, the cutting vibrator 82, the axial vibrator 83, and the counter balance 85 are joined and fixed by, for example, brazing, and efficient vibration of the axial vibrator 83 is generated. It is possible. Further, a through-hole 95 is formed in the axial center of the cutting vibrator 82, the axial vibrator 83, and the counter balance 85 so as to cross these joint surfaces. Pressurized dry air from 96 circulates. That is, the through-hole 95 is a supply path for sending pressurized dry air, and constitutes a cooling means for cooling the vibration cutting unit 20 from the inside together with a gas supply device and an air supply pipe 96 (not shown). The front end portion of the through hole 95 communicates with a holding groove for inserting and fixing the cutting tool 23, and the pressurized dry air introduced into the through hole 95 can be supplied to the periphery of the cutting tool 23. Yes. Further, the tip of the through-hole 95 leaves a gap even when the cutting tool 23 is fixed, and pressurized dry air is jetted at high speed from the opening 91a formed adjacent to the cutting tool 23. Not only can the machining point at the tip of the tool 23 be efficiently cooled, but also the machining point and chips adhering to the periphery of the machining point can be reliably removed by an air flow. A part of the pressurized dry air led from the air supply pipe 96 to the case member 86 cools the vibrating body assembly 120 from the outside while passing around the vibrating body assembly 120, and the gap of the opening H <b> 3. To the outside of the case member 86.
図4(a)及び(b)は、図2等に示すツール部21先端の側方断面図及び平面断面図である。 4 (a) and 4 (b) are a side sectional view and a plan sectional view of the tip of the tool portion 21 shown in FIG.
図からも明らかなように、ツール部21に設けた先端部21aは、側面視において四角形状で平面視において三角形状のクサビ形状を有している。また、先端部21aに保持された切削工具23は、平面視において先端が三角で全体が板状のシャンク23bと、シャンク23bの尖端部に固定された加工用チップ23cとを備える。このうち、シャンク23bは、例えば超硬材料、ハイス鋼等によって形成された支持部材であり、軽量でありながら撓みにくくなっている。また、加工用チップ23cは、ダイヤモンド製のチップであり、シャンク23bの尖端部にロウ付け等によって固定されている。切削工具23自体は、先端部21aの端面21dに埋め込むようにして固定されており、加工用チップ23cの先端23aは、工具軸AXの延長上に配置されている。また、加工用チップ23cやこれを支持するシャンク23bは、先端部21aのクサビ側面(左右側面)を延長した開き角θのクサビ状空間内に収まっている。ここで、先端部21aの開き角θは、例えば20°〜90°の範囲で選択され、加工目的の形状に合わせて先端形状を半円、剣先等に適宜変更するここともできる。 As is apparent from the drawing, the tip 21a provided on the tool portion 21 has a quadrangular shape in a side view and a triangular wedge shape in a plan view. In addition, the cutting tool 23 held by the tip 21a includes a shank 23b having a triangular tip and a plate shape as a whole in plan view, and a machining tip 23c fixed to the tip of the shank 23b. Among these, the shank 23b is a support member formed of, for example, a super hard material, high-speed steel, or the like, and is difficult to bend while being lightweight. The processing tip 23c is a diamond tip, and is fixed to the tip of the shank 23b by brazing or the like. The cutting tool 23 itself is fixed so as to be embedded in the end surface 21d of the tip 21a, and the tip 23a of the processing tip 23c is disposed on the extension of the tool axis AX. Further, the processing chip 23c and the shank 23b that supports the processing chip 23c are accommodated in a wedge-shaped space having an opening angle θ extending from the wedge side surface (left and right side surfaces) of the tip portion 21a. Here, the opening angle θ of the tip end portion 21a is selected within a range of, for example, 20 ° to 90 °, and the tip shape can be appropriately changed to a semicircle, a sword tip, or the like according to the shape to be processed.
切削工具23すなわちシャンク23bの根元部分23eは、先端部21aの端面21dから工具軸AXに沿ってXZ面内で刻設された矩形断面のスリット状溝21f内に嵌合する状態で挿入されており、ツール部21の材料と同一の材料等で形成された2つの固定ネジ25,26によって、先端部21aに対して着脱可能にしっかりと固定されている。具体的には、先端部21aの上下側面間を貫通する固定穴21g,21hに固定ネジ25,26を順次ねじ込んで固定する。これらの固定穴21g,21hは、Y軸方向に延びており、両者の締付け方向は、工具軸AXに直交する。両固定穴21g,21hは、内径が異なっており、固定穴21gの内径の方が固定穴21hの内径よりも大きくなっている。両固定穴21g,21hは、両固定ネジ25,26のネジ付けによって充填される。つまり、固定穴21g,21hの位置には、深い凹部が残ったり高い凸部が形成されないようにしている。固定穴21hにねじ込まれる一方の固定ネジ25は、切削工具23を固定するための締結部材であり、雄ネジ部25bとヘッド部25aとを含むトルクスネジである。雄ネジ部25bを固定穴21gに差し込んだ状態でヘッド部25aを適当な工具でネジ回すことにより、雄ネジ部25bが、根元部分23eに形成された開口23hを貫通して、固定穴21gの奥に形成された固定穴21h内面の雌ネジと螺合する。この際、切削工具23の根元部分23eがヘッド部25aとスリット状溝21fの内面とに挟まれて締付けられ、根元部分23eが主面側から固定されるので、切削工具23の分離が防止され切削工具23の固定が確保される。固定穴21gにねじ込まれる他方の固定ネジ26は、所謂イモネジであり、固定ネジ25の抜けを防止するための係止部材として機能する。この固定ネジ26は、下端を固定穴21gにあてがって上端を適当な工具でネジ回すことにより、固定穴21g内面の雌ネジと螺合して固定穴21gにねじ込まれ固定穴21g内を充填する。こうしてねじ込まれた固定ネジ26により、固定ネジ25が上端から締付けられ、固定ネジ25の緩みが防止される。以上において、固定穴21g,21hや固定ネジ25,26は、切削工具23をツール部21に固定するための固定手段となっている。 The cutting tool 23, that is, the root portion 23e of the shank 23b is inserted in a state of fitting into a slit-like groove 21f having a rectangular cross section cut in the XZ plane along the tool axis AX from the end surface 21d of the tip 21a. In addition, the two fixing screws 25 and 26 formed of the same material as the material of the tool portion 21 are detachably and firmly fixed to the distal end portion 21a. Specifically, fixing screws 25 and 26 are sequentially screwed into fixing holes 21g and 21h penetrating between the upper and lower side surfaces of the tip 21a. These fixing holes 21g and 21h extend in the Y-axis direction, and their tightening direction is orthogonal to the tool axis AX. Both the fixing holes 21g and 21h have different inner diameters, and the inner diameter of the fixing hole 21g is larger than the inner diameter of the fixing hole 21h. Both fixing holes 21g, 21h are filled by screwing both fixing screws 25, 26. That is, deep concave portions are not left or high convex portions are not formed at the positions of the fixing holes 21g and 21h. One fixing screw 25 screwed into the fixing hole 21h is a fastening member for fixing the cutting tool 23, and is a Torx screw including a male screw portion 25b and a head portion 25a. By screwing the head portion 25a with an appropriate tool while the male screw portion 25b is inserted into the fixing hole 21g, the male screw portion 25b passes through the opening 23h formed in the root portion 23e, and the fixing hole 21g It is screwed with a female screw on the inner surface of the fixing hole 21h formed at the back. At this time, the root portion 23e of the cutting tool 23 is clamped between the head portion 25a and the inner surface of the slit-shaped groove 21f, and the root portion 23e is fixed from the main surface side, so that separation of the cutting tool 23 is prevented. Fixing of the cutting tool 23 is ensured. The other fixing screw 26 screwed into the fixing hole 21g is a so-called potato screw and functions as a locking member for preventing the fixing screw 25 from coming off. The fixing screw 26 is screwed into the fixing hole 21g by being screwed into the female screw on the inner surface of the fixing hole 21g by turning the upper end to the fixing hole 21g and turning the upper end with an appropriate tool, thereby filling the fixing hole 21g. . The fixing screw 25 is tightened from the upper end by the fixing screw 26 screwed in this way, and loosening of the fixing screw 25 is prevented. In the above, the fixing holes 21 g and 21 h and the fixing screws 25 and 26 are fixing means for fixing the cutting tool 23 to the tool portion 21.
以上説明した本実施形態の振動切削ユニット20において、振動体82,85を支持するための保持部材82b,82c,85b,85cの根元部分PEは、図3(a)等に示すように、軸方向振動と撓み振動とに共通の節部分NP1,NP2の固定部分FPにつなぎ目なく固定されている。このため、節部分NP1,NP2すなわち振動体本体82a,85aの固定が確実になり、振動体本体82a,85aの支持が安定し振動体本体82a,85aの振動も安定する。つまり、振動体本体82a,85aが制御できないモードで振動することを抑制でき、対象物であるワークを高精度で加工することができる。また、振動体本体82a,85aに比較的大きな力が加わっても、振動体本体82a,85aのケース部材86に対する相対位置の変化が生じ難いので、振動体本体82a,85aの振動状態が維持され、ワークに対する加工の一貫性や再現性を高めることができる。 In the vibration cutting unit 20 of the present embodiment described above, the root portion PE of the holding members 82b, 82c, 85b, 85c for supporting the vibrating bodies 82, 85 is a shaft as shown in FIG. The joint portions NP1 and NP2 common to the directional vibration and the flexural vibration are fixed to the fixed portion FP without joints. For this reason, the node portions NP1 and NP2, that is, the vibration body main bodies 82a and 85a are securely fixed, the support of the vibration body main bodies 82a and 85a is stabilized, and the vibration of the vibration body main bodies 82a and 85a is also stabilized. That is, the vibrating body main bodies 82a and 85a can be prevented from vibrating in a mode that cannot be controlled, and the workpiece that is the object can be processed with high accuracy. Further, even if a relatively large force is applied to the vibrating body main bodies 82a and 85a, the relative position of the vibrating body main bodies 82a and 85a with respect to the case member 86 hardly changes, so that the vibrating state of the vibrating body main bodies 82a and 85a is maintained. , Process consistency and reproducibility can be improved.
なお、振動体本体82a,85aを振動させた場合にも、各保持部材82b,82c,85b,85cの根元部分PEには、上記のようにY方向やZ方向に変位する力は働かないが、撓み振動に起因してX軸に平行な軸SXのまわりにねじる力が働く。しかしながら、撓み振動の振幅は小さく、保持部材82b,82c,85b,85cの弾性変形によって、振動体本体82a,85aの撓み振動が妨げられることを防止できる。ここで、保持部材82b,82c,85b,85cの根元部分PEを細くすると、振動体本体82a,85aの撓み振動を抑える可能性やエネルギーロスを低減できるが、細くし過ぎると、保持部材82b,82c,85b,85c延いては振動体82,85の強度低下を招く可能性がある。一方、保持部材82b,82c,85b,85cの根元部分PEを太くすると、保持部材82b,82c,85b,85c延いては切削用振動体82の強度向上を図ることができるが、振動体本体82a,85aの撓み振動を抑える可能性やエネルギーロスを増大させる可能性が生じる。よって、保持部材82b,82c,85b,85cの根元部分PEのサイズは、振動体本体82a,85aを実際に動作させる際の振動数や振幅等の振動状態に適合させて適宜設定する必要がある。 Even when the vibrating body main bodies 82a and 85a are vibrated, the base portion PE of each holding member 82b, 82c, 85b, and 85c is not subjected to a force that is displaced in the Y direction or the Z direction as described above. A twisting force acts around an axis SX parallel to the X axis due to the bending vibration. However, the amplitude of the flexural vibration is small, and it is possible to prevent the flexural vibration of the vibrating body main bodies 82a and 85a from being hindered by the elastic deformation of the holding members 82b, 82c, 85b and 85c. Here, if the base portion PE of the holding members 82b, 82c, 85b, and 85c is thinned, the possibility of suppressing the flexural vibration of the vibrating body main bodies 82a and 85a and energy loss can be reduced, but if it is too thin, the holding members 82b, There is a possibility that the strength of the vibrating bodies 82 and 85 may be reduced by extending 82c, 85b and 85c. On the other hand, if the base portion PE of the holding members 82b, 82c, 85b, and 85c is thickened, the holding members 82b, 82c, 85b, and 85c can be extended and the strength of the cutting vibrator 82 can be improved, but the vibrator main body 82a. , 85a, and the possibility of increasing the energy loss. Therefore, the size of the base portion PE of the holding members 82b, 82c, 85b, and 85c needs to be set appropriately according to the vibration state such as the frequency and amplitude when the vibrator main bodies 82a and 85a are actually operated. .
図5〜7は、図3に示すフランジ部82eの変形例を説明する図である。なお、フランジ部85eもフランジ部82eと同様に変形することができる。図5(a)及び5(b)は、それぞれ第1変形例のフランジ部182eの端面図及び側面図である。このフランジ部182eは、長方形の板状となっており、長手方向の両端部の2箇所に貫通する雌ネジFSが形成されている。両雌ネジFSには、図1に示す場合と同様に、ケース部材86の側壁部86aに設けた孔THを介してボルトネジ91の先端がねじ込まれて、フランジ部182eの端面が側壁部86aの内面に当接した状態で確実に固定され、ケース部材86に保持部材82b,82cすなわち振動体組立体120が精密に位置決めして固定される。この場合、側壁部86aにおいて各保持部材82b,82cごとに2つの孔THを設けるだけで、ケース部材86に振動体組立体120を簡易に固定することができる。 5-7 is a figure explaining the modification of the flange part 82e shown in FIG. The flange portion 85e can be deformed similarly to the flange portion 82e. FIGS. 5A and 5B are an end view and a side view of the flange portion 182e of the first modification, respectively. The flange portion 182e has a rectangular plate shape, and is formed with female threads FS penetrating at two locations at both ends in the longitudinal direction. As in the case shown in FIG. 1, the ends of the bolt screws 91 are screwed into the female screws FS through the holes TH provided in the side wall portions 86a of the case member 86, and the end surfaces of the flange portions 182e are the end surfaces of the side wall portions 86a. The holding members 82b and 82c, that is, the vibrating body assembly 120 are precisely positioned and fixed to the case member 86 while being fixed to the inner surface. In this case, the vibrating body assembly 120 can be easily fixed to the case member 86 only by providing two holes TH for each of the holding members 82b and 82c in the side wall portion 86a.
図5(c)及び5(d)は、それぞれ第2変形例のフランジ部282eの端面図及び側面図である。このフランジ部282eは、円板状であり、端面中央に円柱状の突起282fを設けている。これらフランジ部282e及び突起282fは、一体的に形成されるものであり、簡易に強度や精度を高めることができる。突起282fの中心には、保持部材82b,82cの軸心に沿って雌ネジFS2が形成されている。この突起282fは、ケース部材86の側壁部86aに設けた孔THに嵌合する。雌ネジFS2には、図1に示すと同様のボルトネジ91がねじ込まれる。つまり、フランジ部282eとボルトネジ91との間にケース部材86の側壁部86aが挟まれて固定され、ケース部材86に保持部材82b,82cすなわち振動体組立体120が精密に位置決めして固定される。ここで、突起282fに設けた雌ネジFS2とボルトネジ91とは、保持部材82b,82cの先端を固定するための締結手段となっている。この場合、側壁部86aにおいて各保持部材82b,82cごとに1つの孔THを設けるだけで、ケース部材86に振動体組立体120を簡易に固定することができる。なお、この変形例の場合、ケース部材86のうち一方の側壁部86aと底部86bとが一体的に形成されているが、他方の側壁部86aは、底部86bに対してボルトやビスによって着脱可能に固定される。これにより、両保持部材82b,82cの先端から延びる突起282fを一対の側壁部86aに設けた孔THに挿入することができる。 FIGS. 5C and 5D are an end view and a side view of the flange portion 282e of the second modification, respectively. The flange portion 282e has a disk shape and is provided with a columnar protrusion 282f at the center of the end surface. The flange portion 282e and the protrusion 282f are integrally formed, and the strength and accuracy can be easily increased. A female screw FS2 is formed at the center of the protrusion 282f along the axial center of the holding members 82b and 82c. The protrusion 282f is fitted into a hole TH provided in the side wall 86a of the case member 86. A bolt screw 91 similar to that shown in FIG. 1 is screwed into the female screw FS2. That is, the side wall portion 86a of the case member 86 is sandwiched and fixed between the flange portion 282e and the bolt screw 91, and the holding members 82b and 82c, that is, the vibrating body assembly 120 are precisely positioned and fixed to the case member 86. . Here, the female screw FS2 and the bolt screw 91 provided on the protrusion 282f are fastening means for fixing the tips of the holding members 82b and 82c. In this case, the vibrating body assembly 120 can be easily fixed to the case member 86 only by providing one hole TH for each holding member 82b, 82c in the side wall portion 86a. In this modification, one side wall 86a and bottom 86b of the case member 86 are integrally formed, but the other side wall 86a can be attached to and detached from the bottom 86b with bolts or screws. Fixed to. Thereby, the protrusions 282f extending from the tips of the holding members 82b and 82c can be inserted into the holes TH provided in the pair of side wall portions 86a.
図5(e)及び5(f)は、それぞれ第3変形例のフランジ部382eの端面図及び側面図である。このフランジ部382eは、正方形状であり、四隅に円柱状に突起する4つのネジ部382gを設けている。各ネジ部382gは、図1に示すボルトネジ91のネジ部と同様の形状を有する締結部材としてのネジ部材である。これらフランジ部382e及びネジ部382gは、一体的に形成されるものであり、簡易に強度や精度を高めることができる。このネジ部382gは、ケース部材86の側壁部86aに設けた孔THに挿入される。ネジ部382gの先端部には、ナットがネジ付けられる。つまり、フランジ部382eとネジ部382gにネジ付けられたナット(不図示)との間にケース部材86の側壁部86aが挟まれて固定され、ケース部材86に保持部材82b,82cすなわち振動体組立体120が精密に位置決めして固定される。ここで、フランジ部382eに設けたネジ部382gとこれに螺合するナットとは、保持部材82b,82cの先端を固定するための締結手段となっている。なお、この変形例の場合、ケース部材86のうち一方の側壁部86aと底部86bとが一体的に形成されているが、他方の側壁部86aは、底部86bに対してボルトやビスによって着脱可能に固定される。これにより、両保持部材82b,82cの先端から延びるネジ部382gを一対の側壁部86aに設けた孔THに挿入することができる。 FIGS. 5E and 5F are an end view and a side view of the flange portion 382e of the third modification, respectively. The flange portion 382e has a square shape and is provided with four screw portions 382g projecting in a cylindrical shape at four corners. Each screw portion 382g is a screw member as a fastening member having the same shape as the screw portion of the bolt screw 91 shown in FIG. The flange portion 382e and the screw portion 382g are integrally formed, and the strength and accuracy can be easily increased. The screw portion 382g is inserted into a hole TH provided in the side wall portion 86a of the case member 86. A nut is screwed to the tip of the screw portion 382g. That is, the side wall portion 86a of the case member 86 is fixed between the flange portion 382e and a nut (not shown) screwed to the screw portion 382g, and the holding members 82b and 82c, that is, the vibrating body assembly are fixed to the case member 86. The solid 120 is precisely positioned and fixed. Here, the screw part 382g provided in the flange part 382e and the nut screwed to this are fastening means for fixing the tips of the holding members 82b and 82c. In this modification, one side wall 86a and bottom 86b of the case member 86 are integrally formed, but the other side wall 86a can be attached to and detached from the bottom 86b with bolts or screws. Fixed to. Thereby, the screw part 382g extended from the front-end | tip of both holding members 82b and 82c can be inserted in the hole TH provided in a pair of side wall part 86a.
図5(g)及び5(h)は、それぞれ第4変形例のフランジ部482eの端面図及び側面図である。このフランジ部482eは、長方形の板状となっており、長手方向の両端部の2箇所に円柱状に突起する2つのネジ部482gを設けている。各ネジ部482gは、図1に示すボルトネジ91のネジ部と同様の形状を有する締結部材としてのネジ部材である。これらフランジ部482e及びネジ部482gは、一体的に形成されるものであり、簡易に強度や精度を高めることができる。このネジ部482gは、ケース部材86の側壁部86aに設けた孔THに挿入される。ネジ部482gの先端部には、ナットがネジ付けられる。つまり、フランジ部482eとネジ部482gにネジ付けられたナット(不図示)との間にケース部材86の側壁部86aが挟まれて固定され、ケース部材86に保持部材82b,82cすなわち振動体組立体120が精密に位置決めして固定される。なお、この変形例の場合、ケース部材86のうち一方の側壁部86aと底部86bとが一体的に形成されているが、他方の側壁部86aは、底部86bに対してボルトやビスによって着脱可能に固定される。これにより、両保持部材82b,82cの先端から延びるネジ部482gを一対の側壁部86aに設けた孔THに挿入することができる。 5 (g) and 5 (h) are an end view and a side view of the flange portion 482e of the fourth modified example, respectively. The flange portion 482e has a rectangular plate shape, and is provided with two screw portions 482g projecting in a cylindrical shape at two locations on both ends in the longitudinal direction. Each screw portion 482g is a screw member as a fastening member having the same shape as the screw portion of the bolt screw 91 shown in FIG. The flange portion 482e and the screw portion 482g are integrally formed, and the strength and accuracy can be easily increased. The screw portion 482g is inserted into a hole TH provided in the side wall portion 86a of the case member 86. A nut is screwed to the tip of the screw portion 482g. That is, the side wall portion 86a of the case member 86 is fixed between the flange portion 482e and a nut (not shown) screwed to the screw portion 482g, and the holding members 82b and 82c, that is, the vibrating body assembly are fixed to the case member 86. The solid 120 is precisely positioned and fixed. In this modification, one side wall 86a and bottom 86b of the case member 86 are integrally formed, but the other side wall 86a can be attached to and detached from the bottom 86b with bolts or screws. Fixed to. Thereby, the screw part 482g extended from the front-end | tip of both holding members 82b and 82c can be inserted in the hole TH provided in a pair of side wall part 86a.
図5(i)及び5(j)は、それぞれ第5変形例のフランジ部582eの端面図及び側面図である。このフランジ部582eは、円板状であり、端面中央に円柱状に突起する1つのネジ部582gを設けている。このネジ部582gは、図1に示すボルトネジ91のネジ部と同様の形状を有する締結部材としてのネジ部材である。これらフランジ部582e及びネジ部582gは、一体的に形成されるものであり、簡易に強度や精度を高めることができる。このネジ部582gは、ケース部材86の側壁部86aに設けた孔THに挿入される。ネジ部582gの先端部には、ナットがネジ付けられる。つまり、フランジ部582eとネジ部582gにネジ付けられたナット(不図示)との間にケース部材86の側壁部86aが挟まれて固定され、ケース部材86に保持部材82b,82cすなわち振動体組立体120が精密に位置決めして固定される。なお、この変形例の場合、ケース部材86のうち一方の側壁部86aと底部86bとが一体的に形成されているが、他方の側壁部86aは、底部86bに対してボルトやビスによって着脱可能に固定される。これにより、両保持部材82b,82cの先端から延びるネジ部582gを一対の側壁部86aに設けた孔THに挿入することができる。 5 (i) and 5 (j) are respectively an end view and a side view of a flange portion 582e of a fifth modification. The flange portion 582e has a disk shape and is provided with one screw portion 582g protruding in a columnar shape at the center of the end surface. The screw portion 582g is a screw member as a fastening member having the same shape as the screw portion of the bolt screw 91 shown in FIG. The flange portion 582e and the screw portion 582g are integrally formed, and the strength and accuracy can be easily increased. The screw portion 582g is inserted into a hole TH provided in the side wall portion 86a of the case member 86. A nut is screwed to the tip of the screw portion 582g. That is, the side wall portion 86a of the case member 86 is sandwiched and fixed between the flange portion 582e and a nut (not shown) screwed to the screw portion 582g, and the holding members 82b and 82c, that is, the vibrating body assembly are fixed to the case member 86. The solid 120 is precisely positioned and fixed. In this modification, one side wall 86a and bottom 86b of the case member 86 are integrally formed, but the other side wall 86a can be attached to and detached from the bottom 86b with bolts or screws. Fixed to. Thereby, the screw part 582g extended from the front-end | tip of both holding members 82b and 82c can be inserted in the hole TH provided in a pair of side wall part 86a.
図6(a)及び6(b)は、それぞれ第6変形例の端面図及び側面図である。図示の固定端682jは、図5(c)及び5(d)に示す保持部材82b,82cの先端からフランジ部282eを除去したものである。この場合、突起682fは、ケース部材86の側壁部86aに設けた孔THに嵌合する。雌ネジFS2には、図1に示すと同様のボルトネジ91がねじ込まれる。ただし、フランジ部282eに相当するものがないので、ケース部材86に設けた一対の側壁部86aから両保持部材82b,82cを引っ張るようにして、振動体組立体120をケース部材86に固定することができる。なお、この変形例の場合、ケース部材86のうち一方の側壁部86aと底部86bとが一体的に形成されているが、他方の側壁部86aは、底部86bに対してボルトやビスによって着脱可能に固定される。これにより、両保持部材82b,82cの先端から延びる突起682fを一対の側壁部86aに設けた孔THに挿入することができる。 6 (a) and 6 (b) are an end view and a side view of a sixth modification, respectively. The illustrated fixed end 682j is obtained by removing the flange portion 282e from the tip of the holding members 82b and 82c shown in FIGS. 5 (c) and 5 (d). In this case, the protrusion 682f is fitted into the hole TH provided in the side wall portion 86a of the case member 86. A bolt screw 91 similar to that shown in FIG. 1 is screwed into the female screw FS2. However, since there is nothing equivalent to the flange portion 282e, the vibrating body assembly 120 is fixed to the case member 86 by pulling the holding members 82b and 82c from the pair of side wall portions 86a provided on the case member 86. Can do. In this modification, one side wall 86a and bottom 86b of the case member 86 are integrally formed, but the other side wall 86a can be attached to and detached from the bottom 86b with bolts or screws. Fixed to. Thereby, the protrusions 682f extending from the tips of the holding members 82b and 82c can be inserted into the holes TH provided in the pair of side wall portions 86a.
図6(c)及び6(d)は、それぞれ第7変形例の端面図及び側面図である。図示の固定端782jは、図5(i)及び5(j)に示す保持部材82b,82cの先端からフランジ部582eを除去したものである。この場合、このネジ部782gは、ケース部材86の側壁部86aに設けた孔THに挿入される。ネジ部782gの先端部には、ナットがネジ付けられる。ただし、フランジ部582eに相当するものがないので、ケース部材86に設けた一対の側壁部86aから両保持部材82b,82cを引っ張るようにして、振動体組立体120をケース部材86に固定することができる。なお、この変形例の場合、ケース部材86のうち一方の側壁部86aと底部86bとが一体的に形成されているが、他方の側壁部86aは、底部86bに対してボルトやビスによって着脱可能に固定される。これにより、両保持部材82b,82cの先端から延びるネジ部782gを一対の側壁部86aに設けた孔THに挿入することができる。 6 (c) and 6 (d) are an end view and a side view of a seventh modification, respectively. The illustrated fixed end 782j is obtained by removing the flange portion 582e from the tip of the holding members 82b and 82c shown in FIGS. 5 (i) and 5 (j). In this case, the screw portion 782g is inserted into the hole TH provided in the side wall portion 86a of the case member 86. A nut is screwed to the tip of the screw portion 782g. However, since there is no equivalent to the flange portion 582e, the vibrating body assembly 120 is fixed to the case member 86 by pulling the holding members 82b and 82c from the pair of side wall portions 86a provided on the case member 86. Can do. In this modification, one side wall 86a and bottom 86b of the case member 86 are integrally formed, but the other side wall 86a can be attached to and detached from the bottom 86b with bolts or screws. Fixed to. Thereby, the screw part 782g extended from the front-end | tip of both holding members 82b and 82c can be inserted in the hole TH provided in a pair of side wall part 86a.
図7(a)及び7(b)は、それぞれ第8変形例のフランジ部882eの端面図及びAA矢視断面図である。このフランジ部882eは、四角形状であり、四隅に貫通する孔VHが形成されている。各孔VHには、図1に示すボルトネジ91が通され、ボルトネジ91の先端にナット92が締め付けられる。つまり、ケース部材86の側壁部86aとフランジ部882eとがボルトネジ91及びナット92によって締付けられて固定され、ケース部材86に保持部材82b,82cすなわち振動体組立体120が精密に位置決めして固定される。ここで、ボルトネジ91及びナット92は、保持部材82b,82cの先端を固定するための締結手段となっている。 FIGS. 7A and 7B are an end view and a cross-sectional view taken along arrow AA of the flange portion 882e of the eighth modification, respectively. The flange portion 882e has a quadrangular shape, and holes VH are formed through the four corners. A bolt screw 91 shown in FIG. 1 is passed through each hole VH, and a nut 92 is fastened to the tip of the bolt screw 91. That is, the side wall portion 86a and the flange portion 882e of the case member 86 are fastened and fixed by the bolt screw 91 and the nut 92, and the holding members 82b and 82c, that is, the vibrating body assembly 120 are precisely positioned and fixed to the case member 86. The Here, the bolt screw 91 and the nut 92 are fastening means for fixing the tips of the holding members 82b and 82c.
図7(c)及び7(d)は、それぞれ第9変形例のフランジ部982eの端面図及びBB矢視断面図である。このフランジ部982eは、長方形の板状となっており、長手方向の両端部の2箇所に貫通する孔VHが形成されている。各孔VHには、図1に示すボルトネジ91が通され、ボルトネジ91の先端にナット92が締め付けられる。つまり、ケース部材86の側壁部86aとフランジ部982eとがボルトネジ91及びナット92によって締付けられて固定され、ケース部材86に保持部材82b,82cすなわち振動体組立体120が精密に位置決めして固定される。 7 (c) and 7 (d) are an end view and a cross-sectional view taken along the arrow BB of the flange portion 982e of the ninth modification, respectively. The flange portion 982e has a rectangular plate shape, and has holes VH penetrating at two locations on both ends in the longitudinal direction. A bolt screw 91 shown in FIG. 1 is passed through each hole VH, and a nut 92 is fastened to the tip of the bolt screw 91. That is, the side wall portion 86a and the flange portion 982e of the case member 86 are fastened and fixed by the bolt screw 91 and the nut 92, and the holding members 82b and 82c, that is, the vibrating body assembly 120 are precisely positioned and fixed to the case member 86. The
図7(e)及び7(f)は、それぞれ第10変形例のフランジ部1082eの端面図及びCC矢視断面図である。このフランジ部1082eは、長方形の板状となっており、長手方向の一端部の1箇所に貫通する孔VHが形成されている。この孔VHには、図1に示すボルトネジ91が通され、ボルトネジ91の先端にナット92が締め付けられる。つまり、ケース部材86の側壁部86aとフランジ部1082eとがボルトネジ91及びナット92によって締付けられて固定され、ケース部材86に保持部材82b,82cすなわち振動体組立体120が精密に位置決めして固定される。 FIGS. 7 (e) and 7 (f) are an end view and a CC arrow sectional view of the flange portion 1082e of the tenth modification, respectively. The flange portion 1082e has a rectangular plate shape, and has a hole VH penetrating at one place at one end portion in the longitudinal direction. A bolt screw 91 shown in FIG. 1 is passed through the hole VH, and a nut 92 is fastened to the tip of the bolt screw 91. That is, the side wall portion 86a and the flange portion 1082e of the case member 86 are fastened and fixed by the bolt screw 91 and the nut 92, and the holding members 82b and 82c, that is, the vibrating body assembly 120 are precisely positioned and fixed to the case member 86. The
図8は、第11変形例のフランジ部1182eの断面図であり、図7(b)に対応する。この場合、保持部材82b,82cが直線状に延びず、クランク状に延びる。なお、図7(d)、7(f)に示す保持部材82b,82cもクランク状に延びるものとできる。さらに、図2等に示す保持部材82b,82cもクランク状に延びるものとできる。 FIG. 8 is a cross-sectional view of the flange portion 1182e of the eleventh modification, and corresponds to FIG. In this case, the holding members 82b and 82c do not extend linearly but extend in a crank shape. Note that the holding members 82b and 82c shown in FIGS. 7D and 7F can also extend in a crank shape. Further, the holding members 82b and 82c shown in FIG. 2 and the like can also be extended in a crank shape.
なお、詳細は省略するが、保持部材82b,82cのみならず、保持部材85b,85cも同様に変形することができる。 Although not described in detail, not only the holding members 82b and 82c but also the holding members 85b and 85c can be similarly modified.
〔第2実施形態〕
以下、本発明の第2実施形態に係る加工装置を図面を用いて説明する。図9は、レンズ等の光学素子を成形するための成形金型の光学面を加工する振動切削型の加工装置の構造を概念的に説明するブロック図である。[Second Embodiment]
Hereinafter, a processing apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a block diagram conceptually illustrating the structure of a processing apparatus of a vibration cutting type that processes an optical surface of a molding die for molding an optical element such as a lens.
図9に示すように、加工装置10は、被加工体であるワークWを切削加工するための振動切削ユニット20と、振動切削ユニット20をワークWに対して支持するNC駆動機構30と、NC駆動機構30の動作を制御する駆動制御装置40と、振動切削ユニット20に所望の振動を与える振動子駆動装置50と、振動切削ユニット20に冷却用のガスを供給するガス供給装置60と、装置全体の動作を統括的に制御する主制御装置70とを備える。 As shown in FIG. 9, the processing apparatus 10 includes a vibration cutting unit 20 for cutting a workpiece W that is a workpiece, an NC drive mechanism 30 that supports the vibration cutting unit 20 with respect to the workpiece W, A drive control device 40 that controls the operation of the drive mechanism 30, a vibrator drive device 50 that applies desired vibration to the vibration cutting unit 20, a gas supply device 60 that supplies a cooling gas to the vibration cutting unit 20, and an apparatus And a main controller 70 that controls the overall operation in an integrated manner.
振動切削ユニット20は、Z軸方向に延びるツール部21先端に切削工具23を埋め込んだ振動切削工具であり、この切削工具23の高周波振動によってワークWを効率良く切削する。振動切削ユニット20は、第1実施形態で説明した構造を有する。 The vibration cutting unit 20 is a vibration cutting tool in which a cutting tool 23 is embedded at the tip of a tool portion 21 extending in the Z-axis direction, and efficiently cuts the workpiece W by high-frequency vibration of the cutting tool 23. The vibration cutting unit 20 has the structure described in the first embodiment.
NC駆動機構30は、台座31上に第1ステージ32と第2ステージ33とを載置した構造の駆動装置である。ここで、第1ステージ32は、第1可動部35を支持しており、この第1可動部35は、チャック37を介してワークWを間接的に支持している。第1ステージ32は、ワークWを、例えばZ軸方向に沿った所望の位置に所望の速度で移動させることができる。また、第1可動部35は、ワークWをZ軸に平行な水平回転軸RAのまわりに所望の速度で回転させることができる。一方、第2ステージ33は、第2可動部36を支持しており、この第2可動部36は、振動切削ユニット20を支持している。第2ステージ33は、第2可動部36及び振動切削ユニット20を支持して、これらを例えばX軸方向やY軸方向に沿った所望の位置に所望の速度で移動させることができる。また、第2可動部36は、振動切削ユニット20を、Y軸に平行な鉛直旋回軸PXのまわりに所望の角度量だけ所望の速度で回転させることができる。特に、第2可動部36に対する振動切削ユニット20の固定位置や角度等を適宜調節して、振動切削ユニット20の先端点を鉛直旋回軸PX上に配置することにより、振動切削ユニット20をその先端点のまわりに所望の角度だけ回転させることができる。 The NC drive mechanism 30 is a drive device having a structure in which a first stage 32 and a second stage 33 are placed on a pedestal 31. Here, the first stage 32 supports the first movable part 35, and the first movable part 35 indirectly supports the workpiece W via the chuck 37. The first stage 32 can move the workpiece W, for example, to a desired position along the Z-axis direction at a desired speed. The first movable portion 35 can rotate the workpiece W around the horizontal rotation axis RA parallel to the Z axis at a desired speed. On the other hand, the second stage 33 supports the second movable part 36, and the second movable part 36 supports the vibration cutting unit 20. The second stage 33 supports the second movable part 36 and the vibration cutting unit 20 and can move them to a desired position along, for example, the X-axis direction or the Y-axis direction at a desired speed. Further, the second movable portion 36 can rotate the vibration cutting unit 20 at a desired speed by a desired angular amount around the vertical turning axis PX parallel to the Y axis. In particular, the vibration cutting unit 20 is positioned at its tip by arranging the tip point of the vibration cutting unit 20 on the vertical pivot axis PX by appropriately adjusting the fixed position and angle of the vibration cutting unit 20 with respect to the second movable portion 36. It can be rotated around the point by a desired angle.
なお、以上のNC駆動機構30において、第1ステージ32と第1可動部35とは、ワークWを駆動する被加工体駆動部を構成し、第2ステージ33と第2可動部36とは、振動切削ユニット20を駆動する工具駆動部を構成する。 In the NC drive mechanism 30 described above, the first stage 32 and the first movable unit 35 constitute a workpiece drive unit that drives the workpiece W, and the second stage 33 and the second movable unit 36 are A tool driving unit that drives the vibration cutting unit 20 is configured.
駆動制御装置40は、高精度の数値制御を可能にするものであり、NC駆動機構30に内蔵されたモータや位置センサ等を主制御装置70の制御下で駆動することによって、第1及び第2ステージ32,33や、第1及び第2可動部35,36を目的とする状態に適宜動作させる。例えば、第1及び第2ステージ32,33によって、振動切削ユニット20のツール部21先端に設けた切削工具23先端の加工点を低速でXZ面に平行な面内に設定した所定の軌跡に沿ってワークWに対して相対的に移動(送り動作)させつつ、第1可動部35によって、ワークWを水平回転軸RAのまわりに高速で回転させることができる。結果的に、駆動制御装置40の制御下で、NC駆動機構30を高精度の旋盤として活用することができる。この際、第2可動部36によって、切削工具23先端に対応する加工点を中心として、切削工具23先端を鉛直旋回軸PXのまわりに適宜回転させることができ、ワークWの被加工点に対して切削工具23先端を所望の姿勢(傾き)に設定することができる。 The drive control device 40 enables high-precision numerical control, and drives the motor, the position sensor, and the like built in the NC drive mechanism 30 under the control of the main control device 70, thereby allowing the first and first control. The two stages 32 and 33 and the first and second movable parts 35 and 36 are appropriately operated to a target state. For example, the first and second stages 32, 33 follow a predetermined locus in which the machining point at the tip of the cutting tool 23 provided at the tip of the tool portion 21 of the vibration cutting unit 20 is set at a low speed in a plane parallel to the XZ plane. Thus, the workpiece W can be rotated around the horizontal rotation axis RA at a high speed by the first movable portion 35 while moving (feeding operation) relative to the workpiece W. As a result, the NC drive mechanism 30 can be utilized as a highly accurate lathe under the control of the drive control device 40. At this time, the second movable portion 36 can appropriately rotate the tip of the cutting tool 23 around the vertical turning axis PX around the processing point corresponding to the tip of the cutting tool 23, Thus, the tip of the cutting tool 23 can be set to a desired posture (tilt).
振動子駆動装置50は、振動切削ユニット20に内蔵された振動源に電力を供給するためのものであり、内蔵する発振回路やPLL回路によって、ツール部21先端を主制御装置70の制御下で所望の振動数及び振幅で振動させることができる。なお、ツール部21先端は、軸(すなわち切り込み深さ方向に延びる工具軸AX)に垂直な撓み振動や軸に沿った軸方向振動が可能になっており、その2次元的な振動や3次元的な振動によってワークW表面にツール部21先端すなわち切削工具23を向けた微細で効率的な加工が可能になっている。 The vibrator driving device 50 is for supplying electric power to a vibration source built in the vibration cutting unit 20, and the tip of the tool unit 21 is controlled by the main controller 70 by a built-in oscillation circuit or PLL circuit. It can be vibrated at a desired frequency and amplitude. Note that the tip of the tool portion 21 is capable of bending vibration perpendicular to the axis (that is, the tool axis AX extending in the cutting depth direction) and axial vibration along the axis. Fine and efficient machining is possible by directing the tip of the tool portion 21, that is, the cutting tool 23, to the surface of the workpiece W due to a typical vibration.
ガス供給装置60は、振動切削ユニット20を冷却するためのものであり、加圧された乾燥空気を供給するガス状流体源61と、ガス状流体源61からの加圧乾燥空気を通過させることによってその温度を調節する温度調整手段としての温度調節部63と、温度調節部63を通過した加圧乾燥空気の流量調節を行う流量調整手段としての流量調節部65とを備える。ここで、ガス状流体源61は、例えば熱的工程やデシケータ等を利用した乾燥機に空気を送り込むことによって空気を乾燥させ、コンプレッサで乾燥空気を所望の気圧まで昇圧させる。また、温度調節部63は、図示を省略するが、例えば冷媒を周囲に循環させた流路と、この流路の途中に設けた温度センサとを有し、冷媒の温度や供給量の調節によって、流路に通した加圧乾燥空気を所望の温度に調節することができる。さらに、流量調節部65は、例えばバルブやフローコントローラ(不図示)を有し、温度調節された加圧乾燥空気を振動切削ユニット20に供給する際の流量を調節することができるようになっている。 The gas supply device 60 is for cooling the vibration cutting unit 20, and passes a gaseous fluid source 61 for supplying pressurized dry air and the pressurized dry air from the gaseous fluid source 61. Are provided with a temperature adjusting unit 63 as a temperature adjusting unit for adjusting the temperature of the gas and a flow rate adjusting unit 65 as a flow rate adjusting unit for adjusting the flow rate of the pressurized dry air that has passed through the temperature adjusting unit 63. Here, the gaseous fluid source 61 dries air by, for example, sending the air to a dryer using a thermal process, a desiccator, or the like, and pressurizes the dry air to a desired pressure with a compressor. Although not shown, the temperature adjustment unit 63 includes, for example, a flow path in which the refrigerant is circulated around and a temperature sensor provided in the middle of the flow path. By adjusting the temperature and supply amount of the refrigerant, The pressurized dry air passed through the flow path can be adjusted to a desired temperature. Furthermore, the flow rate adjusting unit 65 has, for example, a valve and a flow controller (not shown), and can adjust the flow rate when supplying pressurized dry air whose temperature is adjusted to the vibration cutting unit 20. Yes.
図10は、図9に示す加工装置10を用いたワークWの加工を説明する拡大平面図である。ツール部21の先端部21aは、既に説明したように例えばYZ面内で高速振動する。また、ツール部21の先端部21aは、図9のNC駆動機構30によって、被加工体であるワークWに対し、例えばXZ面内で所定の軌跡を描いて徐々に移動する。つまり、ツール部21の送り動作が行われる。また、被加工体であるワークWは、図9のNC駆動機構30によって、Z軸に平行な回転軸RAのまわりに一定速度で回転する(図9参照)。これにより、ワークWの旋削加工が可能になり、ワークWに対し回転軸RAのまわりに回転対称な例えば被加工面SA(例えば、凹凸の球面、非球面等の曲面のほか、位相素子面等の段差面)を形成することができる。この際、第2ステージ33を利用して、ツール部21の切削工具23の尖端をY軸方向に平行な旋回軸PXのまわりに回転させることで、切削工具23先端の振動面(楕円軌道EO)がワークWに形成すべき被加工面SAに対して略垂直になるようにする。これにより、切削工具23の刃先の加工点を加工中略1点に維持でき、加工点への効率良い振動伝達と刃先形状に依存しない高精度な振動切削が実現できるので、被加工面SAの加工精度を高め、被加工面SAをより滑らかなものとすることができる。また、ワークWの加工中、ツール部21先端の開口95aから切削工具23の先端に向けて加圧乾燥空気を高速で射出させるので、切削工具23や被加工面SAを効率良く冷却することができるだけでなく、切削工具23や被加工面SAの温度を加圧乾燥空気の温度と流量とによって一定範囲に収まるようにすることも可能である。この加圧乾燥空気は、ツール部21の軸心を貫通する貫通孔95を介して導入され、切削用振動体82、軸方向振動子83、カウンタバランス85等の内部を流れるので、切削用振動体82等の温度を加圧乾燥空気の温度と流量とによって調整することができる。このように、加圧乾燥空気の温度を調整することにより、切削用振動体82の温度を安定させることができ、高精度で再現性の高い切削加工面が得られる。 FIG. 10 is an enlarged plan view for explaining the machining of the workpiece W using the machining apparatus 10 shown in FIG. The tip portion 21a of the tool portion 21 vibrates at high speed, for example, in the YZ plane as already described. Further, the tip end portion 21a of the tool portion 21 is gradually moved by the NC drive mechanism 30 in FIG. 9 while drawing a predetermined locus, for example, in the XZ plane with respect to the workpiece W that is a workpiece. That is, the feeding operation of the tool unit 21 is performed. Further, the workpiece W, which is a workpiece, is rotated at a constant speed around the rotation axis RA parallel to the Z axis by the NC drive mechanism 30 in FIG. 9 (see FIG. 9). As a result, the workpiece W can be turned, and the workpiece SA is rotationally symmetric about the rotation axis RA with respect to the workpiece W, for example, a curved surface such as an uneven spherical surface or an aspheric surface, a phase element surface, or the like. Can be formed. At this time, by using the second stage 33, the tip of the cutting tool 23 of the tool portion 21 is rotated around the turning axis PX parallel to the Y-axis direction, so that the vibration surface (elliptical orbit EO) of the cutting tool 23 tip is rotated. ) To be substantially perpendicular to the surface SA to be formed on the workpiece W. As a result, the cutting point of the cutting edge of the cutting tool 23 can be maintained at approximately one point during processing, and efficient vibration transmission to the processing point and high-accuracy vibration cutting independent of the cutting edge shape can be realized. The accuracy can be increased and the surface SA can be made smoother. Further, during the processing of the workpiece W, since the pressurized dry air is injected at high speed from the opening 95a at the tip of the tool portion 21 toward the tip of the cutting tool 23, the cutting tool 23 and the work surface SA can be efficiently cooled. Not only can the temperature of the cutting tool 23 and the surface SA to be processed be within a certain range depending on the temperature and flow rate of the pressurized dry air. This pressurized dry air is introduced through a through-hole 95 that penetrates the axis of the tool portion 21 and flows through the cutting vibrator 82, the axial vibrator 83, the counter balance 85, and the like. The temperature of the body 82 and the like can be adjusted by the temperature and flow rate of the pressurized dry air. In this manner, by adjusting the temperature of the pressurized dry air, the temperature of the cutting vibrator 82 can be stabilized, and a highly accurate and highly reproducible cutting surface can be obtained.
〔第3実施形態〕
以下、第3実施形態に係る成形金型について説明する。図11は、第1実施形態の振動切削ユニット20を用いて作製した成形金型(光学素子用成型金型)を説明する図であり、図11(a)は、固定型すなわち第1金型2Aの側方断面図であり、図11(b)は、可動型すなわち第2金型2Bの側方断面図である。両金型2A,2Bの光学面3a,3bは、図9等に示す加工装置10によって仕上げ加工されたものである。つまり、両金型2A,2Bの母材(材料は例えば超硬)をワークWとしてチャック37に固定し、振動子駆動装置50等を動作させて振動切削ユニット20に定在波を形成しつつ切削工具23を高速振動させる。これと並行して駆動制御装置40を適宜動作させて、振動切削ユニット20のツール部21先端をワークWに対して3次元的に任意に移動させる。これにより、金型2A,2Bの転写光学面3a,3bを、球面や非球面に限らず、段差面、位相構造面、回折構造面とすることができる。[Third Embodiment]
Hereinafter, the molding die according to the third embodiment will be described. FIG. 11 is a diagram for explaining a molding die (optical element molding die) manufactured using the vibration cutting unit 20 of the first embodiment, and FIG. 11A is a fixed die, that is, a first die. FIG. 11B is a side sectional view of 2A, and FIG. 11B is a side sectional view of the movable mold, that is, the second mold 2B. The optical surfaces 3a and 3b of both molds 2A and 2B are finished by the processing apparatus 10 shown in FIG. That is, the base material (the material is, for example, cemented carbide) of both molds 2A and 2B is fixed to the chuck 37 as a workpiece W, and the standing wave is formed in the vibration cutting unit 20 by operating the vibrator driving device 50 and the like. The cutting tool 23 is vibrated at high speed. In parallel with this, the drive control device 40 is appropriately operated to arbitrarily move the tip of the tool portion 21 of the vibration cutting unit 20 in three dimensions with respect to the workpiece W. Thereby, the transfer optical surfaces 3a and 3b of the molds 2A and 2B are not limited to spherical surfaces and aspheric surfaces, but can be step surfaces, phase structure surfaces, and diffraction structure surfaces.
図12は、図11(a)の金型2Aと、図11(b)の金型2Bとを用いてプレス成形したレンズLの断面図である。図示していないが、金型2A,2Bの光学面3a,3bが段差面、位相構造面、回折構造面等を有する場合、レンズLの成形光学面も、段差面、位相構造面、回折構造面等を有するものとなる。さらに、レンズLの材料は、プラスチックに限らず、ガラス等とすることができる。なお、レンズLを第2実施形態の加工装置10によって直接作製することもできる。 12 is a cross-sectional view of a lens L press-molded using the mold 2A of FIG. 11A and the mold 2B of FIG. 11B. Although not shown, when the optical surfaces 3a and 3b of the molds 2A and 2B have a step surface, a phase structure surface, a diffractive structure surface, etc., the molding optical surface of the lens L is also a step surface, a phase structure surface, and a diffractive structure. It has a surface. Furthermore, the material of the lens L is not limited to plastic, but may be glass or the like. Note that the lens L can also be directly manufactured by the processing apparatus 10 of the second embodiment.
以下、上記実施形態の振動切削ユニット20や加工装置10を用いた具体的加工例について説明する。 Hereinafter, specific processing examples using the vibration cutting unit 20 and the processing apparatus 10 of the above-described embodiment will be described.
〔第1実施例〕
ここでは、振動体82と保持部材82b,82c,85b,85cとを一体的に形成した振動切削ユニット20を用いた加工実施例の詳細を説明する。本実施例では、図9に例示した加工装置10と同様の装置であって旋回軸PXを有する超精密加工機を用い、図11に示す金型2A,2Bの転写光学面3a,3bと同様の転写光学面を旋削により加工した。[First embodiment]
Here, the details of a working example using the vibration cutting unit 20 in which the vibrating body 82 and the holding members 82b, 82c, 85b, and 85c are integrally formed will be described. In the present embodiment, an apparatus similar to the processing apparatus 10 illustrated in FIG. 9 and using an ultra-precise processing machine having a pivot axis PX, is similar to the transfer optical surfaces 3a and 3b of the molds 2A and 2B shown in FIG. The transfer optical surface was processed by turning.
被加工物である金型としてのワークWの材料には、タンガロイ社のマイクロアロイF(HV1850)を用いた。加工対象の非球面光学面の形状は、近似R凹0.9mm程度で、中心曲率半径1.33mm、最大見込み角は、65°という小さく深い凹光学面である。 As a material of the workpiece W as a mold as a workpiece, Microalloy F (HV1850) manufactured by Tungaloy was used. The shape of the aspherical optical surface to be processed is a deep concave optical surface having an approximate R concave of about 0.9 mm, a central curvature radius of 1.33 mm, and a maximum prospective angle of 65 °.
被加工物の光学面となるべき面は、予め放電加工にて凹球面に加工し、さらに軸分解能が100nm程度の汎用的な高精度研削加工機を用いて、近似球面形状から非球面形状へ粗取り加工を行った。この粗取り研削加工では、電着砥石を使用し、形状補正を繰り返しながら、形状精度1μm程度まで短時間で追い込み、非球面形状に仕上げた。 The surface to be the optical surface of the work piece is processed into a concave spherical surface by electric discharge machining in advance, and further converted from an approximate spherical shape to an aspherical shape using a general-purpose high-precision grinding machine with an axial resolution of about 100 nm. Rough cutting was performed. In this rough grinding process, an electrodeposition grindstone was used, and while repeating shape correction, the shape accuracy was driven to about 1 μm in a short time and finished to an aspherical shape.
次に、加工装置10により、振動切削ユニット20を用いて切削仕上げ加工を行った。ダイヤモンド工具すなわち切削工具23の加工用チップ23aは、先端のすくい面S1(すくい面とは、図13に示すように、切削工具23における切削加工材料の切削に寄与する面をいう)が30°で、先端円弧形状で構成されているRバイトである。加工用チップ23a先端に設けた切れ刃のすくい面先端の円弧半径は、0.8mm、逃げ面の逃げ角度α(逃げ角とは、図13に示すように、逃げ面S2またはその延長線の切り込み点における接線と、切削点における加工面の接線が成す角度をいう)は5°であり、すくい面が切り込み点において成す角度は−25°で、この時の切り込み量は2μmである。本実施例の振動切削では、軸方向及び撓み方向のそれぞれに振動させ、加工用チップ23a先端の刃先軌跡は、円運動もしくは楕円運動を行うものとした。その結果、すくい面ですくい上げるように切削できるため、通常の振動切削ではない加工に比べ、延性モード切削であっても切込量を数倍大きくとることができた。この際、被加工物であるワークWを取り付けた主軸回転数を340rpm、送り速度を0.2mm/minで切削加工を行った。また、振動切削ユニット20を固定したステージの旋回軸PXを制御し、軸振動方向とワークWの目標加工形状である設計光学面との法線方向が一致するようにして形状創成加工を実施した。その加工面を顕微鏡観察したところ、振動切削の振動周期と思われる規則的な切削痕は同様に見られたが、従来振動装置で見られた傷は見られなかった。WYKO社製の表面粗さ測定器HD3300で表面粗さを測定したところ、図14に示すように、規則的な切削痕が並んでおり、平均表面粗さは2.65nmRaであった。なお、図14において、横軸は加工面上の位置を示し、縦軸は加工表面の凹凸を示す。1本目の型加工形状精度は、1回目加工の加工面形状誤差を補正した形状補正入りNCプログラムで2回目の加工を行い、0.05μmPVまで向上させることができた。また、1本目の光学面加工に使用した工具と形状補正入りNCプログラムとを用いて2本目の光学面を切削加工し、1本目の光学面精度とほとんど同等の表面粗さと形状精度が得られ、優れた加工再現性が確認できた。 Next, cutting finishing was performed by the processing apparatus 10 using the vibration cutting unit 20. The machining tip 23a of the diamond tool, that is, the cutting tool 23, has a rake face S1 at the tip (the rake face is a face that contributes to cutting of the cutting material in the cutting tool 23 as shown in FIG. 13). And an R bite having a tip arc shape. The arc radius at the tip of the rake face of the cutting edge provided at the tip of the processing tip 23a is 0.8 mm, and the relief angle α of the relief surface (the relief angle is the relief surface S2 or its extension line as shown in FIG. The angle formed by the tangent line at the cutting point and the tangent line of the machined surface at the cutting point is 5 °. The angle formed by the rake face at the cutting point is −25 °, and the cutting amount at this time is 2 μm. In the vibration cutting according to the present embodiment, vibration is performed in each of the axial direction and the bending direction, and the blade tip locus at the tip of the processing tip 23a performs a circular motion or an elliptical motion. As a result, cutting can be performed so as to scoop up on the rake face, so that the depth of cut can be increased several times even in ductile mode cutting compared to machining that is not vibration cutting. At this time, cutting was performed at a spindle rotation speed of 340 rpm and a feed rate of 0.2 mm / min to which a workpiece W as a workpiece was attached. In addition, the rotational axis PX of the stage to which the vibration cutting unit 20 was fixed was controlled, and the shape creation processing was performed so that the normal direction of the axial vibration direction and the design optical surface that is the target processing shape of the workpiece W coincided with each other. . When the processed surface was observed with a microscope, regular cutting marks that seemed to be the vibration period of vibration cutting were found in the same manner, but the scratches seen with the conventional vibration device were not seen. When the surface roughness was measured with a surface roughness measuring instrument HD3300 manufactured by WYKO, as shown in FIG. 14, regular cutting marks were arranged, and the average surface roughness was 2.65 nmRa. In FIG. 14, the horizontal axis indicates the position on the processed surface, and the vertical axis indicates the unevenness of the processed surface. The first die machining shape accuracy was improved to 0.05 μm PV by performing the second machining with a shape-corrected NC program in which the machining surface shape error of the first machining was corrected. Also, the second optical surface is cut using the tool used for the first optical surface processing and the NC program with shape correction, and surface roughness and shape accuracy almost equal to the first optical surface accuracy are obtained. Excellent process reproducibility was confirmed.
一方、従来のネジの押圧カによる振動体固定方式の従来型振動切削ユニットによっても、前述の条件で加工を実施した。比較例の場合、加工物の表面を顕微鏡観察すると、振動切削の振動周期と思われる規則的な切削痕の他に、ところどころに不規則な間隔の傷が見られた。そこで、その傷部付近を上記と同様の表面粗さ測定器で測定したところ、図15に示すように、傷の深さはおよそ60nm程度であり、平均表面粗さは13.8nmRaであった。なお、図15において、横軸は加工面上の位置を示し、縦軸は加工表面の凹凸を示す。 On the other hand, the processing was carried out under the above-described conditions also with a conventional vibration cutting unit of a vibration body fixing method using a conventional screw pressing force. In the case of the comparative example, when the surface of the workpiece was observed with a microscope, scratches at irregular intervals were observed in addition to regular cutting traces that seemed to be the vibration period of vibration cutting. Then, when the vicinity of the scratch was measured with the same surface roughness measuring instrument as described above, the depth of the scratch was about 60 nm and the average surface roughness was 13.8 nmRa as shown in FIG. . In FIG. 15, the horizontal axis indicates the position on the processed surface, and the vertical axis indicates the unevenness of the processed surface.
〔第2実施例〕
別の加工実施例は、前述の加工実施例と同じく、図9に例示した加工装置10と同様の超精密加工機を用いて旋削により実施した。ただし、本実施例ではブレーズ構造を加工することから、旋回軸PXを使用せず、XZの2軸による加工を行っている。被加工物すなわちワークWの材料には、タンガロイ社のマイクロアロイF(HV1850)を使用した。加工対象の非球面光学面の形状は、ブレーズ状の回折溝を有する形状であり、ブレーズ段差量として、1μm程度のものである。[Second Embodiment]
Another machining example was carried out by turning using the same ultraprecision machine as the machining apparatus 10 illustrated in FIG. However, in this embodiment, since the blaze structure is processed, the revolving axis PX is not used, but the processing is performed with two axes of XZ. As the material of the workpiece, that is, the workpiece W, Microalloy F (HV1850) manufactured by Tungaloy was used. The shape of the aspherical optical surface to be processed is a shape having a blazed diffraction groove, and the amount of the blazed step is about 1 μm.
ダイヤモンド工具すなわち切削工具23の加工用チップ23aは、先端頂角30°に尖った剣先形状バイトを使用した。切れ刃のすくい面先端円弧半径は1μm以下、逃げ面角度5°であり、すくい面が切り込み点において成す角度は−30で、この時の切り込み量は1μmである。本実施例の振動切削では、軸方向及び撓み方向のそれぞれに振動させ、加工用チップ23a先端の刃先軌跡は、円運動もしくは楕円運動を行うものとした。その結果、すくい面S1ですくい上げるように切削できるため、通常の振動切削ではない加工に比べ、延性モード切削であっても切込量を数倍大きくとることができた。主軸の回転数は500rpm、切り込み量100nm、送り速度0. 1mm/minとした。 The cutting tip 23a of the diamond tool, that is, the cutting tool 23 was a sword tip-shaped bite having a sharp tip apex angle of 30 °. The radius of the cutting edge of the rake face is 1 μm or less and the flank angle is 5 °. The angle formed by the rake face at the cutting point is −30, and the cutting amount at this time is 1 μm. In the vibration cutting according to the present embodiment, vibration is performed in each of the axial direction and the bending direction, and the blade tip locus at the tip of the processing tip 23a performs a circular motion or an elliptical motion. As a result, cutting can be performed so as to scoop up on the rake face S1, so that the cutting amount can be increased several times even in ductile mode cutting compared to processing that is not normal vibration cutting. The number of rotations of the main shaft is 500 rpm, the cutting depth is 100 nm, and the feed speed is 0. 1 mm / min.
本実施例の加工法で得た光学素子成形用金型のSEM観察像を図16に示す。写真から分かるように、ブレーズのエッジ部にダレやカエリのない狙いどおりのブレーズを加工できている。また、加工表面粗さもSEM観察において鏡面となっている。ネジ状の支持体によって挟むように振動体を固定した従来型の比較例の加工装置や振動切削ユニットでは、ダイヤモンド工具すなわち加工用チップ23aが非常に鋭利にできているため、ブレーズ加工中に加工用チップ23aの刃先が折損を起こし、狙いのブレーズ段差まで加工することができなかった。しかし、実施例の場合、振動体82の保持剛性を向上させることができ、振動切削時の刃先位置が高精度で再現し、刃先破損の原因の一つであった不規則で大きな刃先位置の変動がなくなり、所望のブレーズ形状を加工することができた。また、その高硬度材料の光学素子成形用金型を用いてガラス成形し、環境変化に強い色収差補正が出来るガラス光学素子が得られた。 FIG. 16 shows an SEM observation image of an optical element molding die obtained by the processing method of this example. As you can see from the photo, the blaze has been processed as intended without sagging or burrs at the edge of the blaze. Further, the processed surface roughness is also a mirror surface in SEM observation. In a conventional comparative processing apparatus or vibration cutting unit in which a vibrating body is fixed so as to be sandwiched by a screw-shaped support, the diamond tool, that is, the processing tip 23a is made very sharp, so that processing is performed during blaze processing. The cutting edge of the cutting tip 23a was broken and could not be processed to the target blaze step. However, in the case of the embodiment, the holding rigidity of the vibrating body 82 can be improved, the cutting edge position at the time of vibration cutting is reproduced with high accuracy, and the irregular and large cutting edge position which was one of the causes of cutting edge breakage. There was no fluctuation, and the desired blazed shape could be processed. Further, a glass optical element capable of correcting chromatic aberration resistant to environmental changes was obtained by glass molding using the optical element molding die of the high hardness material.
以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、振動切削ユニット20において、先端部21aの形状や、切削工具23の取付方法は適宜変更することができる。 As described above, the present invention has been described according to the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the vibration cutting unit 20, the shape of the tip 21a and the method for attaching the cutting tool 23 can be changed as appropriate.
また、上記実施形態では、一組の振動体82,85を4つの保持部材82b,82c,85b,85cで支持しているが、一組の振動体82,85を2つの保持部材82b,85bで支持することも可能である。さらに、いずれかの振動体82,85に節部分が2箇所以上形成される場合、これらの節部分のいずれか1箇所以上に上記保持部材82b,82c,85b,85cと同様の保持部材を設けてケース部材86内に固定することができる。 In the above embodiment, the set of vibrating bodies 82 and 85 are supported by the four holding members 82b, 82c, 85b, and 85c. However, the set of vibrating bodies 82 and 85 are supported by the two holding members 82b and 85b. It is also possible to support with. Further, when two or more node portions are formed on any of the vibrating bodies 82 and 85, a holding member similar to the holding members 82b, 82c, 85b, and 85c is provided at any one or more of these node portions. The case member 86 can be fixed.
また、振動切削ユニット20において、切削用振動体82や軸方向振動子83の全体的形状や寸法は、用途に応じて適宜変更することができる。また、振動切削ユニット20があまり加熱されない場合、切削用振動体82の寸法変化を気にしなくても良くなるので、加圧乾燥空気の供給は不要である。また、図9のガス供給装置60において、空気ではなく、オイルその他の潤滑要素等をミスト化した溶媒や粒子として添加したガス状流体や、窒素ガス等の不活性ガス等を用いることができる。 In the vibration cutting unit 20, the overall shapes and dimensions of the cutting vibrator 82 and the axial vibrator 83 can be changed as appropriate according to the application. Further, when the vibration cutting unit 20 is not heated so much, it is not necessary to worry about the dimensional change of the vibration body for cutting 82, and therefore it is not necessary to supply pressurized dry air. Further, in the gas supply device 60 of FIG. 9, instead of air, a gaseous fluid added as a solvent or particles in which oil or other lubricating elements are misted, an inert gas such as nitrogen gas, or the like can be used.
また、振動体組立体20を構成する振動体82は、これまでの実施形態のように1つである必要はなく、また、このような振動体を励振する振動子は、複数または複数対あってもよい。 Further, it is not necessary that the number of vibrating bodies 82 constituting the vibrating body assembly 20 is one as in the previous embodiments, and there are a plurality of vibrators for exciting such a vibrating body. May be.
図17に、その一例を示す。図示の振動体組立体1220は、振動体82を軸方向に励振する軸方向振動子83にさらに第2の振動体1282を追加接合し、この第2の振動体1282に対して第2の軸方向振動子1283を接合する。そして、この第2の軸方向振動子1283に対してさらに第3の振動体1382を接合し、この第3の振動体1382に対してさらに第3の軸方向振動子1383を接合し、最後にカウンタバランス85を接合している。 An example is shown in FIG. In the illustrated vibrating body assembly 1220, a second vibrating body 1282 is additionally joined to an axial vibrator 83 that excites the vibrating body 82 in the axial direction, and a second shaft is connected to the second vibrating body 1282. The direction vibrator 1283 is joined. Then, a third vibrating body 1382 is further bonded to the second axial vibrator 1283, and a third axial vibrator 1383 is further bonded to the third vibrating body 1382. Finally, The counter balance 85 is joined.
これら3つの軸方向振動子83,1283,1383は、軸方向振動の腹の位置に配置されており、同位相で振動することによって各振動体を励振して、軸方向の共振を起こさせる。このように振動体82,1282、1382と振動子83,1283,1383をカスケードに接続することにより、振動子或いは振動素子の数を増やすことができるので、全体として大きな振動エネルギーをこの振動体組立体1220に投入することができ、また、振動体組立体1220の全質量が大きくなるので、外乱にも安定して振幅を維持することができる。また、励振のためのエネルギー投入が分散されるので、軸方向振動子83,1283,1383からの発熱も集中しないため、振動体組立体1220の温度上昇が抑制されるとういう効果もある。 These three axial vibrators 83, 1283, and 1383 are arranged at the antinodes of the axial vibration, and vibrate in the same phase to excite each vibrator and cause axial resonance. Thus, by connecting the vibrators 82, 1282, and 1382 and the vibrators 83, 1283, and 1383 in a cascade, the number of vibrators or vibration elements can be increased. The solid body 1220 can be put in, and the total mass of the vibrating body assembly 1220 is increased, so that the amplitude can be stably maintained against disturbance. In addition, since energy input for excitation is dispersed, heat generation from the axial vibrators 83, 1283, and 1383 is not concentrated, so that an increase in temperature of the vibrator assembly 1220 is suppressed.
一方、撓み振動に関しても、振動子83,1283において腹の位置に2対の振動子84,1284が設けてあるが、こちらも一対の時よりも大きな振動エネルギーを振動体組立体1220に投入できるので、振動エネルギーを大きくかつ安定して維持しやすくなる。 On the other hand, with respect to flexural vibration, two pairs of vibrators 84 and 1284 are provided at the antinodes of the vibrators 83 and 1283, but this also allows a larger vibration energy to be input to the vibrator assembly 1220. Therefore, it becomes easy to maintain vibration energy large and stably.
以上のような振動体組立体1220においても、撓み振動と軸方向振動の共通の節の位置に一体化した支持点として保持部材82b,82c,85b,85cのほか、図1等に示すフランジ部82e,85eを設けることで、極めて剛性の高い振動体の保持が実現できる。 Also in the vibrating body assembly 1220 as described above, in addition to the holding members 82b, 82c, 85b, and 85c, the flange portion shown in FIG. By providing 82e and 85e, it is possible to realize holding of a vibration body having extremely high rigidity.
しかも、振動エネルギーの大きな用途ほど、重切削による切削抵抗も大きくなるから、上記実施形態のような剛性が高くかつ共振を妨げない振動体組立体1220の保持方法は、高精度に工具位置を安定させるのに極めて有効であり、高精度な振動切削加工を実現するには非常に適している。 In addition, since the cutting force due to heavy cutting increases as the vibration energy is used, the holding method of the vibrating body assembly 1220 that has high rigidity and does not hinder resonance as in the above embodiment stabilizes the tool position with high accuracy. It is extremely effective in achieving this, and is very suitable for realizing highly accurate vibration cutting.
また、以上の振動切削装置では、主に旋削について説明したが、図1に示す振動切削ユニット20や加工装置10をルーリング加工用に改変することもできる。 In the above vibration cutting apparatus, turning has been mainly described. However, the vibration cutting unit 20 and the processing apparatus 10 shown in FIG. 1 can be modified for ruling.
Claims (7)
前記切削用振動体を収容するとともに、前記保持部材の先端側を固定する支持部を有するケース部材と、
を備える振動切削ユニットであって、
前記フランジ部は前記支持部に内面側から当接し、当該フランジ部を前記支持部に固定するための締結部材を有することを特徴とする振動切削ユニット。A vibration tool body capable of holding a cutting tool for vibration cutting and transmitting vibrations to the cutting tool when the cutting tool is held, and a vibration node related to at least flexural vibration when the vibration body body vibrates. A holding member that extends from the node portion in the normal direction of the flexural vibration surface of the vibrating body main body and is fixed to the node portion seamlessly. A cutting vibration body comprising: a flange portion formed on the distal end side of the holding member;
A case member having a support portion that houses the cutting vibration body and fixes the distal end side of the holding member;
A vibration cutting unit comprising:
The vibration cutting unit according to claim 1, wherein the flange portion abuts on the support portion from the inner surface side and has a fastening member for fixing the flange portion to the support portion.
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